低模量Ti6Al4V表面Ti(Al/Pt)N薄膜强化改性

为解决硬质薄膜因与软基体硬度和模量差较大导致的薄膜失效问题,提高硬质薄膜在Ti6Al4V(TC4)钛合金基体上的适应性,使用掺杂氮化钛(TiN)陶瓷薄膜对低模量Ti6Al4V合金表面强化。采用热丝增强等离子体磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面制备Ti(Al/Pt)N薄膜:包括本征TiN、Al&Pt掺杂TiAlN和TiAl(Pt)N薄膜。采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、纳米压痕仪、洛氏硬度计和摩擦磨损测试仪分别表征三种薄膜组织形貌、能谱分析、相结构和内应力、纳米硬度和模量及耐磨性。结果表明:Al元素掺杂使TiN薄膜柱状晶细化,截面形貌柱状晶更致密;同时微量Pt掺杂后,截面断口呈韧性撕裂。本征TiN和TiAlN薄膜衍射峰图谱呈现TiN(111)取向,TiAl(Pt)N薄膜的衍射峰呈TiN(200)主峰位。Al元素掺杂使TiN薄膜晶格畸变增多,内应力从-13 MPa增大到-115 MPa,导致膜-基结合力恶化,洛氏压痕和摩擦磨损实验中均出现薄膜剥落。Pt掺杂后薄膜内应力降低到-66 MPa,在洛氏压痕试验中TiAl(Pt)N薄膜与基体结合良好,仅有少许环形裂纹。摩擦磨损试验中本征TiN和TiAl(Pt)N薄膜磨痕较浅,TiAlN薄膜磨损量最大。Al元素掺杂细化了TiN薄膜柱状晶,但TiAlN薄膜内应力大,耐磨性差、膜-基结合力低。掺杂Pt元素后降低了薄膜内应力,提高了韧性与结合力,综合性能最佳。在Ti6Al4V合金表面制备Al&Pt元素共掺杂TiN薄膜,对提高硬质薄膜与软基体变形协调性具有良好应用前景。

Ti6Al4V表面增强CrN和TiN薄膜

目的研究表面增强氮化铬(CrN)和氮化钛(TiN)薄膜与Ti6Al4V(TC4)基体的适应性。方法采用热丝增强等离子体磁控溅射技术,通过改变热丝放电电流,在TC4合金表面制备CrN、TiN薄膜。采用扫描电子显微镜、X–射线衍射仪、纳米压痕仪、洛氏硬度计和摩擦磨损测试仪分别表征薄膜的组织形貌、成分、相结构、内应力、纳米硬度、弹性模量及耐磨性。结果随着热丝放电电流从0 A增加至32 A,等离子体密度增大,薄膜表面形貌由较疏松的四棱锥形转变成致密球形,截面柱状晶排列更加致密;薄膜择优取向从低应变能的(111)取向转变为低表面能的(200)取向;无热丝放电时TiN薄膜内应力高于CrN薄膜,随着热丝放电电流的增大,TiN薄膜内应力逐渐低于CrN薄膜;并且随着热丝放电电流的增大,薄膜的弹性模量与硬度均增大,但相同试验条件下CrN薄膜的弹性模量与硬度均低于TiN薄膜;压痕检测结果表明,薄膜与基体结合完好;低载荷摩擦磨损检测结果表明,硬度及弹性模量较高的TiN薄膜磨损量最低。结论在相同等离子体密度能量轰击下,硬度和弹性模量较高的TiN薄膜内应力增幅较小;低载荷磨损时,弹性模量及硬度较高、内应力较低的TiN薄膜更适用于Ti6Al4V基体的增强改性。

涂层强化割台刀的失效分析

刀具涂层是提高刀具寿命的一种有效手段。对进口割台刀的涂层成分、组织结构及失效分析,将有效指导割台刀的涂层选择及验收指标。采用直读光谱分析进口刀具的基体和涂层成份,扫描电镜观察显微组织,结合显微硬度和洛氏硬度的力学性能检测判定组织结构及可能的热处理工艺。结果表明,进口刀具基体为采用淬火加中低温回火后的50Mn钢,表面喷焊WC颗粒增强的镍基强化涂层。涂层失效的原因可能是:涂层表面的硬质层磨损且与粘结层分离产生从涂层到基体晶界的扩展裂纹;喷焊前基体表面清理不足,粘结层与基体分离,刀具使用过程中造成涂层大面积脱落失效。基体表层组织-粘结层组织-颗粒增强金属基复合涂层组织的无缺陷调控是强化涂层有效服役的前提。