AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiN<AlTiCrN/AlTiN<AlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。

偏压对磁控溅射TiB_2涂层结构和性能的影响

溅射镀膜过程中基体偏压对涂层的组织、结构和性能都有很重要的影响。本文采用脉冲磁控溅射技术在硬质合金基体上制备了TiB_2涂层,研究了不同衬底偏压(-50^-300 V)对涂层生长特性、结构和性能的影响。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米划痕仪、维氏硬度计对涂层的物相结构、表面形貌、化学成分、以及机械性能进行了分析。结果表明:在所有偏压下制备出的TiB_2涂层都呈现出六方结构,并且表现为显著的(001)择优取向;随着偏压的逐渐增大,(001)衍射峰强度呈先增强后减弱的趋势;基体施加低偏压时制备出的TiB_2涂层呈现出粗大的柱状生长结构,这时涂层较为疏松,裂纹和缺陷较多,硬度为2829 HV;随着制备过程中基体偏压的升高,涂层中的柱状生长结构逐渐细化,涂层变得越来越致密。这使得涂层硬度得到大幅提高,在偏压为-250 V时达到最大硬度值3820 HV。但随着偏压进一步增大到-300 V时,由于剧烈轰击产生的缺陷增多,涂层硬度反而下降。

含氧量和退火处理对CrAlSiN涂层机械性能的影响

基于氧含量对纳米复合结构CrAlSiN 涂层性能的影响,采用电弧离子镀技术在3.0Pa 气压下通入不同比例的氧氮气流沉积CrAlSiON 涂层,并对涂层做不同温度的退火处理,对比涂层硬度和结合力的变化.800 ～ 950℃温度下退火后,可以释放涂层中的残余应力,提高涂层的硬度,且不影响涂层的结合力.但1100℃退火后,涂层的硬度降低明显,且通过划痕测试可以发现,涂层完全失效.

轴向磁场对电弧离子镀TiN/Cu薄膜性能的影响

使用加可调轴向磁场的电弧离子镀设备在不锈钢基体上制备TiN/Cu薄膜,研究了轴向磁场强度对薄膜微观结构、化学成分、力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,在不同强度的磁场下TiN/Cu薄膜具有相同的TiN结构,且以沿TiN(111)面的择优取向为主。随着磁场强度的提高(111)面衍射峰的强度逐渐提高、TiN/Cu薄膜表面的粗糙度先降低后提高、薄膜中Cu的含量逐渐提高、硬度和弹性模量也逐渐提高、薄膜的磨损率先降低后提高。当磁场强度为80 Gs时薄膜的硬度达到约为36 GPa的最大值,耐磨性能最高。