不同调制周期TiAlSiN/Mo_2N多层膜的微观结构、力学和摩擦性能研究

采用射频磁控溅射制备不同调制周期的TiAlSiN/Mo2N多层膜。利用X射线衍射,扫描电镜,能量弥散X射线谱,纳米压痕仪及摩擦试验机对薄膜的成分,相结构,力学及室温摩擦性能进行分析。结果表明,不同调制周期的TiAlSiN/Mo2N多层膜为fcc与hcp混合结构,不同调制周期的TiAlSiN/Mo2N多层膜硬度均大于单层TiAlSiN和Mo2N薄膜,且TiAlSiN/Mo2N多层膜的硬度与弹性模量随调制周期的影响不大,硬度稳定在29 GPa左右,室温条件下,以Al2O3为摩擦副的TiAlSiN/Mo2N多层膜平均摩擦系数平均摩擦系数均低于单层TiAlSiN、Mo2N薄膜,且随调制周期的增大逐渐降低,其最低平均摩擦系数为0.42,对应调制周期为12 nm。

Si含量对TiAlSiN纳米复合涂层的微观结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiAlSi复合靶,在Si基底片上用射频磁控溅射工艺沉积了TiAlSiN纳米复合涂层,采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕技术研究了Si含量对TiAlSiN涂层的微观结构和力学性能的影响.结果表明:TiAlSiN涂层内部形成了Si3N4界面相包裹TiAlN纳米等轴晶粒的纳米复合结构.随着Si含量的增加,TiAlSiN涂层的结晶程度先增加后降低,涂层内部的晶粒尺寸先减小后趋于平稳,涂层的力学性能先升高后降低.当Si与TiAl原子比为3∶22时获得的最高硬度和弹性模量分别为37.1GPa和357.3 GPa.

基于切削力的PVD涂层刀具性能研究

本文在干式切削条件下,选用钴基硬质合金无涂层数控刀具和钴基硬质合金基体TiAlSiN与TiAlN/Ta涂层数控刀具,分别切削淬火态45钢(52HRC);车削时,采用SW-1车刀空间受力分析仪测量刀具在车削状态下的三向力;结合对被加工件的表面粗糙度测定,探讨TiAlSiN、TiAlN/Ta涂层刀具在相同条件下的三向力、摩擦力和摩擦系数与无涂层钴基硬质合金刀具的差异。结果表明,在车削高硬度材料时,涂层及其成分对车刀三向力和摩擦系数均有较大影响,TiAlN体系中加入稀土元素Ta形成的TiAlN/Ta多层涂层刀具的三向力、摩擦系数明显小于TiAlSiN涂层刀具,而且被加工件的表面粗糙度更小。

PVD涂层硬质合金刀具加工2Cr13性能对比试验研究

在相同材质刀片基体上分别涂覆不同种类的PVD涂层制成试验刀片。采用光学显微镜、扫描电子显微镜SEM及能谱仪EDS等对刀片涂层进行对比分析,用试验刀片分别对2Cr13不锈钢进行高速干式铣削试验,分析各涂层对刀片磨损形貌及其损坏机理的影响,对比各刀片的切削寿命,以优选出最佳涂层。分析结果表明,未涂层的刀片寿命最低,Ti Si N/Ti Al N涂层为最佳涂层,Ti Al Si N涂层刀片高温性能较好,双层结构Al Ti N涂层较Ti Al Cr N涂层和单层Al Ti N涂层表现出更好的耐磨性和高温性能。

基片偏压占空比对多弧离子镀TiAlSiN涂层形貌及力学性能的影响

目的采用多弧离子镀膜技术在硬质合金基体表面沉积TiAlSiN涂层,研究占空比参数对TiAlSiN涂层的表面形貌和力学性能的影响。方法使用扫描电子显微镜对涂层的形貌进行观察,使用自动划痕仪、纳米压痕仪对涂层的力学性能进行检测。结果占空比在10%~70%范围内增加,离子轰击得到加强,涂层表面得到很好的改善,大颗粒与微坑缺陷数量逐渐减少。当占空比增大到90%时,大颗粒和微坑缺陷数量反而增多。结论随着占空比的增加,纳米硬度、弹性模量和涂层结合力均先增大后减小,占空比为50%时,分别达到最大值48.15 GPa、518.24 GPa、50.55 N。

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。

硬质涂层与齿轮钢的摩擦性能研究

采用阴极多弧离子镀在M42工具钢表面制备了Al66Cr34N和Ti62Al34Si4N两种硬质涂层,并在室温大气环境下采用球/盘式摩擦磨损仪研究它们同40Cr齿轮钢的摩擦磨损行为。采用表面接触角测试仪OCA40Micro、3D表面形貌仪、扫描电子显微镜、电子能谱分析了涂层磨痕,探讨了两种涂层与齿轮钢对摩的磨损机理。结果表明:两种涂层与40Cr齿轮钢摩擦时,失效的主要机理均为粘着磨损,伴随着氧化磨损。在与40Cr对磨时,Ti62Al34Si4N涂层与40Cr的亲和力强,摩擦过程中接触面温度较高,容易融合形成高结合力粘结节点;表现高的摩擦系数0.6~0.7,和初始阶段高的磨损率(最高7.5×10-15m3/N·m)。Al66Cr34N涂层与40Cr的亲和力较弱,摩擦系数0.45~0.6,初始磨损率最低为2×10-16m3/N·m。

阴极离子镀TiAlSiN涂层高温摩擦与磨损性能

采用阴极离子镀在H13钢表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜分析了涂层表面-界面形貌、物相和三维表面微观形貌。利用EDS面扫描分析了磨痕表面化学元素分布,讨论了高温对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlSiN涂层表面主要元素由Ti、Al、Si和N组成,主要物相为(Ti,Al)N,未发现Si3N4相;高温氧化后生成的致密氧化膜Al2O3提高了涂层高温抗氧化性,Si O2降低了涂层表面摩擦因数,结构疏松的Ti O2易导致涂层破裂和剥落;TiAlSiN涂层表面粗糙度高于基体表面粗糙度,磨痕表面Ti和Al元素出现贫集区,表明涂层被磨穿;在700、800和900℃下,涂层表面摩擦因数均在0.3左右,在700℃时磨损机制主要为氧化磨损和粘着磨损,在800℃和900℃时主要为氧化磨损,伴随着少量粘着磨损和磨粒磨损。