H13表面TiAlN/CrAlN复合涂层的摩擦磨损性能研究

采用真空电弧离子镀工艺在H13钢表面制备Ti Al N/Cr Al N复合涂层,利用划痕试验仪、盘式摩擦磨损试验机、金相显微镜和努氏硬度计分析Ti Al N/Cr Al N膜层的结合力和摩擦学性能,金相组织形貌和试样表面的显微硬度。结果表明,Ti Al N/Cr Al N复合薄膜表面组织分布均匀,结合致密,涂层与基体间的结合力是影响涂层承载能力的主要因素之一,Ti Al N复合涂层的摩擦性能优于H13基体和Cr Al N复合涂层的摩擦性能,Ti Al N/Cr Al N复合涂层的结合力分别为35 N和24 N,沉积有Ti Al N涂层试样表面摩擦系数最小,减摩效果最好,耐磨性能优越,并能有效地抵抗摩擦磨损。

TiAlN纳米复合涂层的技术进展

综合介绍了国内外TiAlN涂层技术的发展现状和TiAlN涂层的性能特点、PCD制备工艺以及今后的发展趋势和研究方向;重点评述了高Al含量TiAlN超硬涂层、异质多层膜纳米复合TiAlN涂层和多元合金增强涂层技术的最新进展;指出了TiAlN涂层刀具在精密模具和汽车零部件加工中的重要作用。

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及性能

运用电弧离子镀技术,采用单独的钛、铝靶材,在TC4钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织进行了分析,并测试了涂层显微硬度和耐磨损性能。结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm。经镀膜,试样表面粗糙度提高,Ra值为0.541μm。涂层表面Ti/Al原子比约为0.9。涂层表面显微硬度HV0.025为23.5GPa。由于涂层表面硬度高,且多层复合的微观结构使得涂层有优异的结合力与内聚力,使得复合涂层试样的磨损失重大大低于未处理的试样。

电弧离子镀TiN／TiAlN复合涂层摩擦磨损性能研究

利用阴极电弧离子镀技术,在硬质合金基体上制得5层和20层TiN/TiAlN复合涂层.研究表明,这两种涂层均为典型的B1-NaCl面心立方结构,且均呈(200)择优取向.两种涂层表面光滑平整,粗糙度分别为0.32和0.11,硬度为1 470HV和2 000HV.20层复合涂层的摩擦系数和比磨损率低于5层,表明增加复合层数有利于提高涂层的耐磨损性能,涂层的磨损机理为磨粒磨损.

TiAlN,CrAlN和TiCrN涂层的制备及摩擦学性能研究

运用直流和射频磁控共溅射的方法制备TiAlN、CrAlN和TiCrN3种涂层,研究涂层的力学性能及在空气和水基切削液中的摩擦学性能,揭示其磨损机制。研究发现,Al元素主要以固溶体形式存在于TiAlN和CrAlN涂层内;3种涂层的显微硬度分别为HV719.3、HV1022.5和HV973.5。在空气中TiAlN、CrAlN和TiCrN涂层与SUS440C钢球对摩的稳态摩擦因数分别为1.25、1.14和1.31,TiAlN和CrAlN涂层的磨损机制主要是氧化磨损,而CrTiN涂层以磨粒磨损为主;而在水基切削液中3种涂层与SUS440C钢球对摩的摩擦因数明显降低,其对应的稳态摩擦因数分别为0.44、0.47和0.77,但磨痕上的划痕加剧,其磨损机制以磨粒磨损为主。

钛合金表面电弧离子镀TiN/TiAlN多层复合涂层的组织及抗氧化性能研究

运用电弧离子镀技术,采用独立的钛、铝靶材,在钛合金表面制备了TiN/TiAlN多层复合涂层,利用SEM、EDS对涂层微观组织结构进行了分析,并在800℃条件下测试了涂层抗氧化性能。结果表明:多层复合涂层厚度约为2.5μm。经镀膜,试样表面粗糙度有升高的趋势,Ra值由初始0.049μm升高到0.541μm。涂层表面以TiAlN+TiN相为主,经氧化后,涂层最表层的氮化物已发生分解,并生成了Al,Ti的氧化物,在高温时阻碍了氧向涂层内部扩散,使得涂层内部仍具有TiN和TiAlN的相结构。复合涂层经800℃,19 h空气氧化后,涂层表面仍保持完整,氧化增重率低于无涂层样品。氧化19 h后涂层增重率约为0.2 mg/cm2.h。

TiAlN涂层刀具高速铣削颗粒增强铝基复合材料时的磨损行为

使用YS8硬质合金TiAlN涂层立铣刀分别对SiC颗粒和Al2O3颗粒增强铝基复合材料进行高速铣削试验,结合切削过程对刀具磨损形式、微观磨损形貌以及磨损机理进行了分析。结果表明:磨粒磨损、涂层脱落和微崩刃是涂层刀具的主要磨损形式;增强颗粒尺度越大,刀具微观磨损划痕和微崩刃凹坑越明显;涂层刀具铣削颗粒增强铝基复合材料不具备优势。

TiAlN/Ti多元复合涂层的界面结构

利用多弧离子镀方法 ,在HSS钢基体上沉积了TiAlN/Ti多元复合涂层 ,通过AES、XTEM以及EDS等手段 ,研究了涂层的界面结构 .结果表明 ,在TiAlN -Ti界面、Ti-HSS界面分别存在Ti2 AlN和FeTi界面相 ,Ti2 AlN是在涂镀过程中直接沉积而来 ,而FeTi界面相则是通过扩散作用生成的 ,它的基体中的M有一定的位相关系 .

CrAlN纳米复合涂层的组织结构及切削性能研究

目前对CrAlN涂层的研究主要集中在组织结构、力学性能和抗高温氧化性能等方面,对涂层的切削性能研究较少。采用电弧离子镀和脉冲直流磁控溅射共沉积技术制备了一种CrAlN纳米复合涂层,采用XRD、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪等分析了涂层的组织结构和力学性能。结果表明:CrAlN纳米复合涂层以fcc-(Cr,Al)N相为主,同时含有少量的hcp-AlN相,涂层具有明显的(111)择优取向。由于Al元素的固溶强化效应,CrAlN涂层的硬度高达31.9 GPa。涂层与基体之间结合良好,结合力高达85.6 N。针对45钢切削,测试了CrAlN纳米复合涂层刀具的切削性能,并利用热成像仪测试了切削区温度。测试结果表明:以后刀面磨痕宽度0.3 mm为磨钝标准,CrAlN纳米复合涂层刀具的切削时间明显比无涂层刀具切削时间要长,约为无涂层刀具切削时间的3倍。在切削过程中,涂层刀具的切削温度也更低些。这是因为CrAlN纳米复合涂层中Al固溶于CrN晶格中,通过固溶强化作用提高了涂层硬度,使CrAlN纳米复合涂层具有更高的耐磨性,同时降低了刀具表面的摩擦系数,延长了刀具的使用寿命。

TiAlN/Cr、TiAlN/CrN和TiAlN/CrAlN多层涂层的热盐腐蚀行为

钛合金的热盐腐蚀问题已引起人们的广泛关注,金属氮化物防护涂层是延长钛合金服役寿命的有效途径.采用多弧离子镀技术在钛合金表面沉积了TiAlN/Cr涂层、TiAlN/CrN涂层、TiAlN/CrAlN-5涂层和TiAlN/CrAlN-10涂层.通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、划痕测试仪、3D激光显微镜等测试手段对比研究了4种多层涂层的热盐腐蚀行为,分析了涂层热盐腐蚀前后的微观形貌和物相成分.结果表明:Al元素的添加和调制周期的优化可以提高涂层的致密性,改善涂层表面质量.其中TiAlN/CrAlN-10多层涂层由于界面密度高,表现出优异的耐热盐腐蚀性能.

活塞环表面CrAlN涂层的微观组织与抗高温氧化性能

采用多弧离子镀在65Mn钢基体上制备了不同Al含量的CrAlN复合涂层,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、纳米硬度仪和高温氧化炉,系统分析了CrAlN复合涂层的成分、相结构、表面形貌、纳米硬度和抗高温氧化性能。研究结果表明:添加Al后,CrN涂层的择优取向由(111)转变为(200),随着Al含量的增大,衍射峰向右偏移,晶格常数逐渐减小,涂层的表面粗糙度增大,纳米硬度值增加。与CrN涂层相比,CrAlN复合涂层具有较好的抗高温氧化性能,且随Al含量的增加,抗高温氧化性能增强,其原因是涂层表面形成了铬铝氧化物,减小了高温条件下氧向涂层内部的扩散能力。

TiAlN/TiN减摩耐磨涂层试验研究

用多弧离子镀法在旋转密封环表面沉积TiAlN/TiN复合涂层。并用扫描电镜,X射线衍射仪和显微硬度计研究膜层性能。测试结果表明:TiAlN/TiN复合涂层的主要相TiN,以(111)晶面生长;表面粗糙度为0.48μm;膜基结合力为40 N;显微硬度为HV=2035;TiAlN/TiN复合涂层密封环实际工况的摩擦因数为0.37,平均磨损率为7.96×10-10m3/h.

基于磁过滤技术TiAlCN/TiAlN/TiAl复合体系腐蚀及摩擦学性能

本文基于新型的磁过滤沉积技术(FCVA)研究了TiAlCN/TiAlN/TiAl多元复合涂层结构及不同C含量对其防腐耐磨性能的影响.同时使用SEM,XRD,XPS,电化学测试和摩擦磨损设备对其宏/微观性能进行了系统表征.实验结果表明:随C含量增加,C元素的存在形式从TiAlCN固溶相转化为TiAlCN固溶/非晶碳共存.典型的TiAlCN固溶/非晶碳纳米复合结构TiAlCN/TiAlN/TiAl涂层不仅具有超高硬度和高韧性,而且涂层中均匀无特征结构的非晶碳具有优异的自润滑效果,通过结合各层的优势,该结构涂层在3.5%NaCl电化学腐蚀试验中,Ecorr提高了5.6倍,为0.271V,Icorr降低为原来的1/52,为8.092×10^-9 A·cm^-2;在干摩擦实验中,摩擦系数降低了1/3,为0.43,磨损率降低了1/1.4,为1.13×10^-5 mm^3·N^-1·m^-1.

基体负偏压对CrAlN涂层组织和性能的影响

采用真空多弧离子镀技术,使用Cr30Al70(原子分数)复合靶,在不同的基体负偏压下,在不锈钢基体上制备了一系列CrAlN涂层;采用能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和划痕仪等系统分析了涂层的成分、表面形貌、相结构、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能和界面结合性能。结果表明:随着负偏压的增大,涂层中x(Cr)/x(Cr+Al)的比值先增大后减小,当负偏压为150V时,该值达到最大,并与靶材成分接近;基体负偏压为200V时,涂层的表面粗糙度最大,涂层结晶度、硬度最佳,晶体相为固溶铬的面心立方AlN;涂层的摩擦磨损性能不仅与涂层的表面粗糙度相关,还与涂层非晶相中铝元素的含量以及涂层的内应力大小密切相关;界面过渡层制备工艺相同时,基体偏压对涂层和基体之间的界面结合性能影响较小。

基底偏压对电弧/磁控复合技术制备CrAlN耐磨涂层性能的影响规律

利用中频磁控溅射与电弧离子镀复合沉积技术在不锈钢基体上沉积CrAlN涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、纳米压痕测试、划痕测试以及摩擦磨损试验等手段,系统地研究了基底偏压对CrAlN涂层微观形貌、力学性能及摩擦磨损性能的影响.随着基底偏压的增大,涂层表面经历了由较为粗糙的孔洞、大颗粒向平滑的形态演变.在-30 V基底偏压下(绝对值表示大小)制备的涂层表现出多个强衍射峰;-60 V偏压下,涂层沿(200)晶面方向择优生长.过高的基底偏压(-150 V)加剧了沉积过程中的二次溅射效应,导致涂层沉积速率降低,并出现晶格松弛和重结晶现象.此外,随着基底偏压的增加,涂层的硬度和弹性模量均呈先增加后减少趋势.在-60 V基底偏压下,涂层表现出较低的磨损率,而较高偏压下的涂层磨损机制转变为严重的磨粒磨损,涂层磨损严重.通过调控基底偏压,可以有效优化CrAlN涂层的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能.在-60 V基底偏压下制备的CrAlN涂层展现出优异的力学性能和耐磨性,为实际应用中提升涂层性能提供了重要的理论和实验依据.

硬质涂层与奥氏体不锈钢摩擦磨损性能研究

采用多弧离子镀技术在硬质合金YG8上制备了表面高铝含量的Ti33Al67N、中铝含量的Ti50Al50N复合涂层和Cr_(30)Al_(70)lN单层涂层。采用摩擦磨损仪系统研究了以上涂层与奥氏体304合金间的摩擦磨损行为。利用扫描电镜、电子能谱仪、显微硬度仪、划痕仪等对涂层性能及表面形貌、磨痕形貌及成分进行表征。试验结果表明:同含钛的表面涂层Ti33Al67N和Ti50Al50N相比,Cr_(30)Al_(70)N涂层与奥氏体304合金的亲和力更低,减少了摩擦过程中304合金在Cr_(30)Al_(70)N涂层表面的涂抹量。涂层最主要的磨损失效方式是局部撕裂,局部撕裂的本质是硬质合金基体同304合金直接接触导致高强度结点。复合涂层Cr_(30)Al_(70)N/Ti_(50)Al_(50)N及单层的Cr_(30)Al_(70)N涂层膜基结合力高,表现出优于Cr_(30)Al_(70)N/Ti_(33)Al_(67)N复合涂层的抗摩擦磨损性能;前两者磨痕表面检出的W元素含量仅为Cr_(30)Al_(70)N/Ti_(33)Al_(67)N涂层的1/10。

硬质涂层与钛合金的摩擦磨损性能研究

采用c-ARC+多弧离子镀技术在硬质合金YG8上制备了表面层分别为Ti33Al67N、Ti50Al50N和Cr30Al70lN的涂层,研究了以上涂层与TC4钛合金间的摩擦磨损行为,利用扫描电镜、电子能谱仪、显微硬度仪、划痕仪等对涂层性能及表面形貌、磨痕形貌及成分进行了表征。试验结果表明:与TC4合金摩擦时,硬质涂层最主要的磨损失效是局部撕裂,撕裂破坏程度则由涂抹的钛合金同接触物资形成的粘着节点的强度来决定。低载荷下,表面为高铝含量的Ti33Al67N涂层同TC4合金对磨时表现较佳,优于表面为中铝含量的Ti50Al50N涂层和Cr30Al70N涂层,而在高载荷下,则表面为Cr30Al70N的涂层的耐磨性较佳。

钛合金表面渗氮层与TiAlN耦合涂层的结构及性能

研究了在钛合金表面渗氮-离子镀TiAlN膜复合处理与单一离子镀TiAlN膜处理工艺对钛合金力学性能、海水环境下的摩擦学的影响。采用SEM S4800、XRD、XPS、纳米压痕仪,观察了薄膜的表面及截面形貌,分析了渗氮后的钛合金表面、单涂层及复合涂层的相组成变化,化学成分和元素价态,测试了两种样品硬度随深度的变化。结果表明,复合涂层中择优取向(200)晶面明显,复合涂层渗氮后基底硬度增加,薄膜硬度下降速度慢,有利于提高涂层的耐磨性,且在海水润滑作用下,短时间摩擦过程中复合涂层的磨损量最小。

Ti0.44Al0.56N和Cr0.42Al0.58N涂层的结构与热性能研究

TiAlN和CrAlN涂层是目前切削刀具应用最为广泛的涂层材料。本研究借助阴极弧蒸发技术在低合金钢、钨片和Al2O3刚玉片上制备了Al含量接近的Ti0.44Al0.56N和Cr0.42Al0.58N涂层,采用扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪对比研究其结构、力学性能、热稳定性及抗氧化性能。结果表明:Ti0.44Al0.56N和Cr0.42Al0.58N涂层均为单相面心立方结构,其硬度分别为30.1±0.4 GPa和30.2±0.7 GPa;Ti0.44Al0.56N涂层在退火过程中会产生时效硬化效应而呈现更好的热稳定性,900℃时为32.4±0.7 GPa;在1100℃退火后,Ti0.44Al0.56N和Cr0.42Al0.58N涂层的硬度分别降至27.8±0.8 GPa和22.6±0.4 GPa;Cr0.42Al0.58N涂层则具有更优异的抗氧化性能,Cr0.42Al0.58N涂层在1000℃氧化10 h后,氧化层的厚度仅为0.17μm,而Ti0.44Al0.56N涂层在900℃氧化10 h后已完全氧化。