TiAlSiN纳米复合涂层的改性研究现状及发展

随着切削技术向高速、高效、高精、绿色、智能方向发展,切削加工对刀具及涂层性能提出了更高的要求,以TiAlSiN涂层为代表的四元硬质涂层发展迅速。综述了单层TiAlSiN纳米复合涂层的制备工艺、结构与性能特点,根据TiAlSiN单层涂层存在低韧性和低结合强度的问题,提出了对TiAlSiN涂层改性研究的必要性。综述了结构改性、成分改性以及二者相结合改性TiAlSiN涂层的制备工艺、结构与性能特点,指出了纳米多层结构的TiAlSiN涂层中存在的横向层间界面对原子的扩散具有良好的阻碍作用,涂层的抗氧化性由此被提高,涂层硬度等力学性能受多层结构的调制层成分、调制周期等因素影响而被提高或降低。介绍了C、Cu、Cr、V等合金化元素在TiAlSiN涂层中的作用效果,C元素在涂层中具有减摩作用,Cu元素的主要作用是增强涂层与基体的结合,Cu、Cr、V元素在涂层中均使涂层硬度不同程度降低,提出了最大限度发挥添加元素与层间界面结构的协同作用来获取最佳性能的纳米多层结构TiAlSiN基多元涂层是今后研究的重要方向之一。此外,还提出了通过基体前处理和涂层后处理增强TiAlSiN涂层韧性和层基结合强度的发展方向。

AlCrN涂层高速钢刀具的应用研究

采用可变磁场CAE弧源PVD技术,利用Al_(70)Cr_(30)材料在HSS基体上制备了AlCrN薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及多功能材料表面试验仪,研究了AlCrN薄膜的物相结构、断口和表面形貌特征。通过相关工艺参数的调整,实现了AlCrN薄膜物相结构的调控,所获得的薄膜硬度达到3700-4000HK,并具有良好的膜基结合力。AlCrN涂层立铣刀、齿轮滚刀试验表明:AlCrN涂层高速钢刀具适合于干式、湿式的切削条件,具有(111)面的择优取向的AlCrN涂层高速钢刀具具有更好的耐磨性及稳定性。

复合氮化合物薄膜的研究

采用多源PVD技术在YG8硬质合金基体上分别沉积了Ti N和Ti NX薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及多功能材料表面试验仪,研究了多种元素的添加对Ti N涂层微观结构、断口和表面形貌的影响。结果表明:添加多种元素可使Ti N涂层的微观结构发生明显变化,能有效控制膜的结晶和生长模式,改变传统的(111)面的单一取向,从原来的(111)的择优取向,转变为(200)、(111)、(220)共同取向;Ti NX涂层的断口呈非柱状结构,表面粗糙度小于Ti N,具有更为均匀致密的结晶结构和光整的表面形貌,趋于Ti Al N薄膜的显微硬度,一致的结晶组织结构、有效的沉积效率、良好的膜基结合力有利于厚膜Ti N的制备;相对于Ti N,寿命可提高50%-100%。