1、定义
工业涂层用钛圆柱靶是一种专为工业表面强化需求设计的实心圆柱形高纯钛溅射靶材，通过物理气相沉积（PVD）工艺在机械部件、工具或模具表面形成钛基功能涂层（如TiN、TiAlN、TiCN等）。其核心目标是通过超硬、耐磨、耐腐蚀的薄膜提升工业部件的使用寿命和性能。
2、性能特点
高纯度适配性：纯度≥99.95%（3N5级），针对不同涂层需求可调整杂质含量（如Al、Si掺杂用于TiAlN涂层）。
超高致密度：密度≥4.5 g/cm³，减少溅射颗粒飞溅，避免涂层出现针孔或剥落。
高温稳定性：熔点1668°C，可在高功率溅射（≤20 W/cm²）下长期运行，适合工业化连续生产。
高导热性：复合铜/钼背板设计，散热效率达200-300 W/m·K，防止靶材局部过热开裂。
几何精度：圆柱度≤0.05 mm，直径公差±0.1 mm，确保涂层厚度均匀性（±5%以内）。
3、材质与制造工艺
材质：
基材：高纯钛（ASTM Grade 1/2），纯度3N5（99.95%）至4N（99.99%）。
复合结构：钛圆柱体与铜/钼背板真空扩散焊接（结合强度≥250 MPa）。
制造工艺：
原料提纯：电子束熔炼（EBM）去除挥发性杂质（如Mg、Cl）。
塑性加工：热锻（1100°C）→多向轧制→退火（消除残余应力）。
精密加工：
数控车床成型（直径50-400 mm，长度200-1500 mm）。
表面镜面抛光（Ra≤0.4 μm），端面平面度≤0.02 mm。
复合焊接：钛-铜界面采用真空热压焊（温度800°C，压力50 MPa，时间2小时）。
4、执行标准
| 标准类型 | 具体标准 |
| 国际标准 | ASTM B348（钛及钛合金棒材）、ISO 5832-2（外科植入物用钛材参考） |
| 行业规范 | VDI 3198（PVD涂层硬度与结合强度测试）、DIN EN ISO 1463（涂层厚度测量） |
| 国内标准 | GB/T 3620.1（钛及钛合金牌号）、JB/T 8554（刀具涂层技术条件） |
5、应用领域
切削工具：硬质合金刀具的TiAlN涂层（硬度≥3000 HV，耐温800°C）。
模具表面：注塑模具的TiCN涂层（摩擦系数≤0.3，延长脱模寿命3-5倍）。
机械部件：液压杆的CrTiN涂层（耐盐雾腐蚀≥1000小时）。
航空航天：发动机叶片的热障涂层（Y₂O₃稳定ZrO₂+钛粘结层）。
能源设备：海洋平台部件的TiMoN涂层（抗海水腐蚀+防生物附着）。
6、与其他工业涂层靶材的异同对比
| 特性 | 钛圆柱靶 | 钛合金靶（Ti6Al4V） | 纯铬靶 | 碳化钨靶 |
| 涂层类型 | TiN、TiAlN、TiCN | TiAlN（含Al偏析风险） | CrN、CrAlN | WC-Co、DLC |
| 硬度（HV） | 2000-3500 | 1800-2800 | 1600-2200 | 2500-4000 |
| 耐温性 | ≤800°C（氧化前） | ≤600°C（Al元素易氧化） | ≤500°C | ≤1000°C（惰性环境） |
| 成本 | 中高（￥800-1500/kg） | 中等（￥600-1000/kg） | 低（￥400-800/kg） | 极高（￥3000-5000/kg） |
| 适用场景 | 通用工业耐磨/防腐涂层 | 轻型工具涂层 | 防腐装饰涂层 | 超硬切削/极端磨损环境 |
7、选购方法与注意事项
选购方法
涂层性能匹配：
根据需求选择靶材纯度等级：
3N5级：常规耐磨涂层（TiN）。
4N级：高温抗氧化涂层（TiAlN）。
微观结构验证：
SEM检测晶粒尺寸（≤50 μm），EDS分析Al/C等掺杂元素的分布均匀性。
复合结构检测：
超声波探伤（UT）检查钛-背板界面结合质量（缺陷面积≤0.1%）。
供应商评估：
优先选择具备 EBM熔炼+真空扩散焊 一体化工艺的厂商（如日本东曹、德国Plansee）。
注意事项
安装调试：
首次使用前需 氩离子清洗 靶面（功率5 W/cm²，时间30分钟），去除表面氧化层。
溅射气压控制在 0.2-0.4 Pa（Ar/N₂混合气体比例根据涂层类型调整）。
工艺优化：
TiN涂层：氮气流量占比40%-60%，基片温度200-400°C。
TiAlN涂层：铝掺杂靶需同步使用Al靶共溅射，功率比（Ti:Al ）3:1。
维护与报废：
定期翻转靶材（每100小时工作后旋转120°），剩余厚度<10%时需更换。
报废靶材可重熔再生，但需控制O增量（再生靶O含量≤500 ppm）。
工业涂层用钛圆柱靶凭借其高纯度、优异热管理能力和适配多种复合涂层的灵活性，成为机械强化领域的核心材料。相较于纯铬靶，其耐磨性更优；相较于碳化钨靶，成本显著降低且工艺兼容性更广。选购时需根据具体涂层类型（如TiN、TiAlN）选择靶材纯度与复合结构，并严格验证微观均匀性。使用中需优化溅射气体比例与基片温度，同时定期维护靶材以延长寿命，最终实现工业部件寿命提升与生产成本控制的平衡。
