脉冲高能量密度等离子体陶瓷刀具表面改性研究进展

对刀具涂层技术的发展现状与趋势进行了综述,提出了提高涂层刀具性能的"五化"措施:沉积工艺复合化、薄膜组成多元化、薄膜结构多层化、薄膜组成和显微结构梯度化、薄膜晶粒纳米化。基于这个思想,提出了用高能量密度脉冲等离子体技术进行陶瓷刀具表面改性,并在最近几年用高能量密度脉冲等离子体同轴枪对硬质合金和氮化硅陶瓷刀具进行了镀膜改性尝试。使用该复合表面改性技术,所制备涂层刀具结构独特,很好地满足了"五化"思想,材料性能得到显著提高。在优化的工艺条件下,所得TiN、TiCN和TiAlN涂层刀具硬度高,纳米硬度分别为26～28GPa、50～53GPa和38～40GPa;膜基结合力强,纳米划痕临界载荷达80～110mN。所得TiN、TiCN和(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具能够在工业条件下对硬度高达HRC58～62的淬硬CrWMn钢进行干切削,实用切削速度可提高2～10倍,且刀具磨损较小;涂层氮化硅陶瓷刀具加工淬硬钢和灰铸铁(HB2200～2300MPa)工件时,比未涂层刀具后面磨损降低6～10倍。预示该技术是一种非常有前途的陶瓷刀具改性技术。

脉冲高能量密度等离子体沉积新型TiAlN薄膜

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下 ,在 45钢基材上制备出了 Ti Al N薄膜。利用 XRD、SEM等手段分析了薄膜的相组成及显微组织 ,利用纳米压痕仪测试了薄膜的纳米硬度分布及薄膜与基材的结合力。结果表明 :薄膜主要组成相为 Ti Al N,薄膜组织致密、均匀 。

脉冲高能量密度等离子体法制备TiN薄膜及其摩擦磨损性能研究

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下在 4 5号钢基材上制备出了超硬耐磨TiN薄膜 .利用XRD ,XPS ,AES ,SEM等手段分析了薄膜的成分及显微组织结构 ,并测试了薄膜的硬度分布及摩擦磨损性能 .结果表明 :薄膜主要组成相为TiN ,薄膜组织致密、均匀 ,与基材之间存在较宽的混合界面 ;薄膜硬度高 。

脉冲高能量密度等离子体法类金刚石膜的制备及分析

利用脉冲高能量密度等离子体法在光学玻璃衬底上、在室温下成功的制备了光滑、致密、均匀的纳米类金刚石膜 .工艺研究表明 :放电电压和放电距离以及工作气体种类对纳米类金刚石膜的沉积起着关键作用 .利用拉曼光谱、扫描电镜以及电子能量损失谱分析薄膜的形态结构表明 :薄膜具有典型的类金刚石特征 ;纳米类金刚石膜的晶粒尺寸小于 2 0nm甚至为非晶态 ;类金刚石膜中含有一定量的氮原子 ,随着沉积能量的升高 ,氮的含量增大 .纳米类金刚石膜的薄膜电阻超过 10 9Ω cm2 .对放电溅射过程进行了理论分析 ,结果与工艺研究的结论吻合 .

脉冲高能量密度等离子体沉积(Ti,Al)N薄膜组织及其性能研究

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下在 4 5 #钢基材表面沉积了高硬度耐腐蚀 (Ti,Al)N薄膜 .利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱分析了薄膜的显微组织 .利用纳米压痕仪测试了薄膜的纳米硬度 .测试了薄膜在 0 5mol LH2 SO4 水溶液中的耐蚀性 .测试结果表明 :薄膜主要组成相为 (Ti,Al)N ,同时含有少量的AlN ,薄膜的纳米硬度高达 2 6GPa ,薄膜具有良好的耐蚀性 ,与 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相比 ,耐蚀性提高了一个数量级 .

脉冲高能量密度等离子体材料表面改性及其应用

脉冲高能量密度等离子体(pu lsed h igh energy density p lasm a,PHEDP)是一项新的材料表面改性技术.它集高电子温度、高能量密度、高定向速度于一身,在制备薄膜时具有沉积薄膜的温度低、沉积效率高、能量利用率高的优点,并兼具表面溅射、离子注入、冲击波和强淬火效应等综合效应;它可以制备纳米晶或非晶硬质薄膜,提高基底材料的表面硬度和耐磨、耐蚀性能;能够实现非金属材料表面金属化,所制备薄膜与基底之间存在很宽的混合过渡区,因此膜/基结合良好.文章主要介绍了作者近年来在该领域的部分研究成果,简要介绍了脉冲高能量密度等离子体的原理、特点及应用.分析了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象.

脉冲高能量密度等离子体薄膜制备与材料表面改性

脉冲高能量密度等离子体是一项全新的等离子体材料表面处理和薄膜制备技术 .文章主要介绍了作者近几年来在这方面的研究成果 .从理论和试验上研究了脉冲高能量密度等离子体的产生机制及其物理性质 .研究了脉冲等离子体与材料相互作用的基本物理现象和物理机制 .诊断测量表明 ,脉冲等离子体具有电子温度高 (10—10 0eV)、等离子体密度高 (10 1 4— 10 1 6 cm- 3)、定向速度高 (～ 10 7cm s)、功率大 (10 4 W cm2 )等特点 .在制备薄膜时具有沉积速率高 ,薄膜与基底粘结力强 ,并兼有激光表面处理、电子束处理、冲击波轰击、离子注入、溅射、化学气相沉积等综合性特点 ,可以在室温下合成亚稳态相和其他化合物材料 .在此基础上 ,系统地进行了脉冲等离子体薄膜制备和材料表面改性及其机理的研究 .在室温下的不同材料衬底上成功地沉积了性能良好的较大颗粒立方氮化硼、碳氮化钛、氮化钛、类金刚石、氮化铝等薄膜材料 .沉积薄膜和基底之间存在一个很宽的过渡层 ,因此导致薄膜与基底有很强的粘结力 .

高能量密度脉冲等离子体同轴枪制备Ti(C,N)薄膜研究

用高能量密度脉冲等离子体同轴枪分别在硬质合金和氮化硅陶瓷刀具基体上沉积了Ti(C,N)薄膜,研究了各种因素对薄膜相转化的影响,通过XRD分析,最后得到合适的Ti(C,N)薄膜沉积工艺条件是:枪压3.5kV,同轴枪与试样间距30～40mm,氮气进气压力0.2MPa,电磁阀电压1.5kV,脉冲等离子轰击次数5次以上。

高能量密度脉冲等离子枪在硬质合金刀具上沉积高硬耐磨涂层研究

用高能量密度脉冲等离子体枪,于室温下在硬质合金刀具基体上分别成功沉积了硬度高、耐磨损、膜基结合力强的TiN、TiCN和TiAlN薄膜。在优化的工艺条件下,所得TiN、TiCN、TiAlN薄膜纳米硬度分别可达27 GPa、50 GPa和 38 GPa;杨氏模量分别可达 450 GPa、550 GPa、650 GPa。纳米划痕实验临界载荷分别达 90 mN、110 mN和100 mN以上。切削实验表明,涂层刀具可用于高速切削,刀具后面磨损明显减小。刀具力学性能的改善归因于更优异力学性能涂层的沉积、良好的膜基结合力以及徐层特殊的显微结构。

高能量密度脉冲等离子体制备的氮化钛刀具涂层的微观结构与力学性能

室温下用高能量密度脉冲等离子体在硬质合金刀具上成功淀积了硬度高、耐磨损、膜基结合良好的氮化钛涂层.俄歇分析表明,薄膜与基体间界面大于250nm;涂层与基体的结合良好,纳米划痕实验临界载荷达90mN以上.纳米压痕实验表明,氮化钛涂层具有很高的硬度和杨氏模量,分别达27GPa和450 GPa以上.涂层刀具切削实验表明,刀具可用于HRC高达58～62的CrWMn钢切削,且磨损量较低,寿命长.微观结构分析表明,高能量密度等离子的注入效应、晶粒细化效应等对薄膜硬度、杨氏模量、膜基结合力和抗磨损性能等物理性能的改善起主导作用.

HEDP表面处理对Ni_3Al氧化行为的影响

利用高能量密度等离子体（HEDP）对金属间化合物Ni3Al进行了表面处理，在合金表面获得了纳米级微晶层．该微晶层可以通过增加Al2O3优先形核位置和提高Al的向外扩散促进Ni3Al氧化时形成表面Al2O3，消除了生长速度较快的NiO相．