Si掺杂对Al-Ti-N涂层的结构、力学性能和抗氧化性能的影响

采用阴极弧蒸发技术在Al2O3、低合金钢和硬质合金刀片上沉积Ti与Al原子比相近的Al-Ti-N和Al-Ti-Si-N涂层,借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕、划痕实验和氧化实验,研究Si掺杂对Al-Ti-N涂层的结构、力学性能和抗氧化性能的影响。结果表明:Al-Ti-N涂层为以立方为主的立方和六方的两相结构,Si掺杂可降低TiN中Al的固溶度,使涂层转化为以六方为主的六方和立方的两相结构;Si的加入导致涂层硬度由34.5 GPa降到28.7 GPa;Si掺杂引起涂层的应力增加,从而导致涂层与基体的结合强度降低;Al-Ti-N涂层的抗氧化性能随Si的加入而显著改善,抗氧化温度提高到1 000℃以上。

Si含量对Ti-Al-Si-N薄膜微结构与力学性能的影响

采用多靶反应磁控溅射技术制备了一系列不同Si含量的Ti-Al-Si-N复合膜。采用能谱仪、X射线衍射仪、三维轮廓仪、原子力显微镜和显微硬度仪对薄膜进行表征,研究了Si含量对Ti-Al-Si-N复合膜微结构和力学性能的影响。结果表明:用Ti0.33 Al0.67合金靶制备的Ti-Al-N复合膜呈双相共存结构(fcc+hcp),Si的加入,促进了六方相的生长,细化了晶粒,降低了表面粗糙度。随着Si含量的增加,Ti-Al-Si-N复合膜的硬度逐渐增大,在Si含量为16.69 at%时,达到最大硬度32.3 GPa,继续增加Si含量,薄膜硬度降低。

Ti-Al-Si-N涂层界面微结构研究

采用多元等离子体浸没离子注入与沉积装置制备Ti-Al-Si-N涂层,借助X射线衍射仪、X射线光电子能谱、透射电子显微镜、纳米探针和原子力显微镜等系统研究涂层界面微结构与力学性能。研究结果表明:Ti-Al-Si-N涂层具有Si3N4界面相包裹TiAlN纳米晶复合结构,Si元素掺杂诱发涂层发生明显晶粒细化效应。随涂层Si含量增加,TiAlN晶粒尺寸显著降低,界面Si3N4层厚度增加。当Si3N4界面层厚度小于1nm并与TiAlN晶粒共格外延生长时,Ti-Al-Si-N涂层表现超高硬度约40GPa,当Si3N4界面相厚度增至2nm并呈非晶态存在时,涂层硬度降至约29GPa。

Ti-Si-Al-N纳米复合膜的组织与性能

采用磁控反应溅射法制备了一系列Al含量不同的Ti-Si-Al-N纳米复合薄膜,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及配套能量色散谱仪研究了Al含量对薄膜组织结构、硬度及高温抗氧化性的影响。结果表明:Ti-Si-Al-N薄膜点阵常数随Al含量的增加呈下降趋势;Al含量增加到6.48at%时出现h-AlN相,此时薄膜具有最高的硬度,约33GPa;薄膜的抗氧化温度提高到约900℃,但Al含量较高易导致薄膜晶粒在高温下长大。

阴极弧离子镀TiAlSiN涂层表面-界面能谱分析与结合强度

采用阴极弧离子镀法在H13钢表面制备Ti Al Si N涂层,通过SEM对Ti Al Si N涂层表面和界面形貌进行了观察,通过EDS和XRD对其化学元素和物相进行了分析,利用划痕法测定了其结合强度,并对其界面结合机理进行了探讨。结果表明:Ti Al Si N涂层表面主要成分为Ti、Al、Si和N元素,各元素分布均匀,未产生富集现象;高硬度的Ti Al N是由Al原子以置换方式取代Ti N中部分Ti原子生成的,且Ti N和Al N晶粒得到细化,形成较为致密的结构,使涂层硬度得到了提高;Ti、Al、Si、N等原子在结合界面处发生相互扩散,是形成冶金结合的主要机制;Ti Al SN涂层/H13钢体系具有较好的结合强度,用划痕法测得涂层界面结合强度为44 N。

(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层高温性能研究

采用等离子增强电弧离子镀联合磁控溅射工艺制备了含35%(原子比)C的(Ti,Al,Si,C)N硬质膜层,并利用扫描电镜、X射线衍射仪及高温摩擦磨损试验仪表征了膜层在不同退火条件下的性能及组织演变行为。研究结果表明,复合膜层在低于800℃的退火条件下,膜层仍表现出较高的显微硬度、较低的摩擦系数以及氧化增重率,复合膜层的显微结构并未发生显著的变化。在800℃、氧化7 h后,膜层发生了严重的氧化失效。因此,复合膜层在长时间高温氧化下的性能仍需要进一步提高。

复合陶瓷刀具材料的现状与发展

介绍了一些复合陶瓷刀具材料的性能和应用。

Cu含量对Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层微观结构和高温氧化行为的影响（英文）

通过磁控溅射技术,在AISI-304不锈钢表面制备了不同Cu含量的Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)仪、X射线衍射(XRD)仪、纳米压痕仪和自制压痕仪等设备研究Ti-Al-Si-N和Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层的结构和在800℃氧化的行为。结果表明:随着涂层中Cu含量的增加,涂层表面的微孔数量减少,涂层更加致密,涂层晶粒尺寸减小,择优取向由(111)向(110)逐渐转变。涂层的硬度由14.76 GPa增加至19.42 GPa。Cu含量为1.72%(原子分数)的Ti-Al-Si-Cu-N弹性模量最小,为104.5GPa。Cu元素对Ti-Al-Si-Cu-N纳米复合涂层抗氧化性能有两方面的影响:一是促进Al元素的扩散,二是在氧化膜表面形成裂纹和微孔缺陷。Ti-Al-Si-N涂层比Ti-Al-Si-Cu-N涂层具有更好的抗氧化性能。

基材温度对磁控溅射制备的Ti-Al-Si-Cu-N涂层的微观结构及摩擦学性能的影响（英文）

采用反应磁控溅射技术在304不锈钢基片上沉积Ti-Al-Si-Cu-N涂层。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、划痕仪和球盘式摩擦磨损试验机研究了不同基材温度(沉积温度)对涂层结构和摩擦学性能的影响。结果表明:随着沉积温度从室温升至250℃,涂层表面变得平滑,结构致密。硬度和弹性模量随沉积温度的升高而升高。划痕试验表明:当沉积温度分别为室温,150和250℃时,临界载荷为3.85,3.45和5.10 N。当沉积温度为250℃时,涂层的摩擦系数和磨损速率最小,摩擦过程中产生的磨屑主要来自GCr15不锈钢珠。在较低的沉积温度下,涂层的磨损机理主要为疲劳断裂和磨粒磨损,而250℃沉积的涂层的磨损机制主要为磨粒磨损。

氮气流量对(Ti,Al,Si,Cr)N超硬薄膜的结构与性能的影响

采用等离子增强磁控溅射技术(PEMC)在YG8硬质合金表面制备了(Ti,Al,Si,Cr)N超硬膜,研究了N2流量对膜层结构、成分、形态特征与性能的影响。结果表明,所得薄膜为面心立方结构,随N2流量增加,薄膜的晶体学取向由(111)晶面向(200)晶面转变。薄膜表面呈现柱状晶形态,N2流量为70 sccm(标况mL/min)时,柱状晶尺寸最小,粗糙度最低。所得薄膜的硬度随N2流量的增加先增大后减小,N2流量为70 sccm时,达到最大值35.70 GPa。

Si和Y掺杂对(Ti,Al)N涂层结构和性能的影响

分别在未施加偏压和施加-100 V偏压条件下,利用磁控溅射技术在压气机叶片用1Cr11Ni2W2MoV热强不锈钢基体上沉积了Ti_(0.3)Al_(0.7)N和Ti_(0.39)Al_(0.55)Si_(0.05)Y_(0.01)N硬质涂层.实验结果表明,施加偏压及Si和Y掺杂明显改变了涂层的相结构,提高了涂层致密度,施加-100 V偏压且添加Si和Y的涂层为非晶结构,表面更加均匀致密.950℃氧化实验表明:Ti_(0.39)Al_(0.55)Si_(0.05)Y_(0.01)N涂层表面形成极薄且致密的Al_2O_3保护性氧化膜,大大降低了氧化速率.施加-100 V偏压的(Ti,Al)N和(Ti,Al,Si,Y)N沉积态涂层与未施加偏压的相应涂层相比,硬度均降低,尤其是(Ti,Al,Si,Y)N涂层变化显著.经950℃热处理,施加偏压的(Ti,Al,Si,Y)N涂层硬度略有降低,这是由于形成了硬度较低的B4相,而未施加偏压的(Ti,Al,Si,Y)N涂层硬度显著提高,这归因于B1相固溶体的分解.划痕测试结果表明,在实验载荷(50N)下,所有涂层均未出现连续性的剥落.

Si对Ti-Al-Si-N涂层微观结构及性能的影响

Ti-Al-Si-N涂层是在Ti-Al-N涂层基础上发展而来的一种四元复合涂层。本文综述了Si对Ti-Al-Si-N涂层微观结构、硬度、残余应力、抗氧化性能、热稳定性能、摩擦磨损性能及切削性能的影响。分析表明:Si元素能有效细化晶粒,减少柱状晶,形成新型纳米结构,从而显著提高涂层硬度,可达39 GPa;Si的原子分数超过5%后,涂层残余应力逐渐降低;Ti-Al-Si-N涂层在1 100℃下仍具有良好的抗氧化性能;Si元素使涂层的热稳定性能有很大提高,Ti-Al-Si-N涂层1 100℃氧化后硬度无显著变化;与Ti-Al-N涂层相比,添加Si元素后涂层的摩擦系数由0.7下降至0.5;Ti-Al-Si-N涂层刀具的使用寿命与Si原子分数有很大的关系。

钛夹杂物细化管线钢热影响区组织研究现状

阐明了钢中夹杂物(氧化物冶金技术)对焊接热影响区组织的影响,综述了钢中各种含钛夹杂物对晶内铁素体的形核机制的研究概况,包括钛脱氧、Ti-Mg复合脱氧、Ti-Nb-N复合脱氧、Ti-Al复合脱氧及Ti-Mn-Si复合脱氧等几项措施,探讨了在这些措施下,如何对铁素体的形成提供最佳条件。最后,对钛夹杂物细化管线钢焊缝组织研究的发展做出了展望。