多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究

采用多弧离子镀技术并使用合金靶Ti-Al-Zr制备(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜。利用扫描电镜、X衍射仪对(Ti,Al,Zr)N膜层表面、断面形貌、成分、结构进行观察测定;系统考察了沉积工艺对(Ti,Al,Zr)N膜层质量、膜/基附着力和硬度的影响;并对膜层抗热震性进行了研究。通过与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Zr)N等硬质膜进行比较,发现采用Ti-Al-Zr合金靶制备的(Ti,Al,Zr)N多元梯度膜有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4000 HV,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜/基附着力大于200 N,同时对沉积工艺有较强的适应性。

多弧离子镀(Cr,Ti,Al,Zr)N多组元超硬梯度膜的结构及性能

(Cr,Ti,Al,Zr)N梯度膜性能优异。采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶和Cr单质靶在高速钢表面制备(Cr,Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜,利用扫描电镜、能谱、X射线衍射仪、硬度计、划痕仪对膜层形貌、成分、结构、硬度、附着力进行分析,并通过热震性能试验考察了膜层的抗热震性能。结果表明:制备的膜层为面心立方结构,择优生长取向为(220)面;与TiN,(Ti,Al)N,(Ti,Cr)N,(Ti,Al,Zr)N等硬质膜相比,制备的(Cr,Ti,Al,Zr)N多元梯度膜具有更高的硬度和膜/基附着力,硬度可达4400HV,膜/基附着力大于200N,实现了从硬质膜到超硬膜的转变;膜层中N含量梯度可有效减少应力集中,Cr,Al含量的增加有利于提高膜层抗热震性能;负偏压对膜层硬度影响较大,对膜层成分、结构、抗热震性能影响较小,对膜/基附着力基本无影响。

多弧离子镀TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜的微观结构与耐磨损性能

采用多弧离子镀技术,使用Ti-Al-Zr合金靶及Cr单质靶的组合方式,在W18Cr4V高速钢基体上制备TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N四元梯度氮化物膜.利用SEM和XRD分析梯度膜的微观组织和结构,使用摩擦磨损试验机研究梯度膜在室温（15℃）和高温（500℃）下的耐磨损特性,并采用SEM观察磨痕形貌.结果表明,在不同沉积偏压下制备的四元梯度膜均具有fcc-Na Cl型的Ti N结构,其组织致密均匀,呈典型的柱状晶形态.梯度膜的摩擦磨损机理是以塑性变形为主要特征的黏着磨损,并伴有轻微的磨粒磨损.在室温和高温下磨损时的平均摩擦系数分别在0.25~0.30和0.30~0.35之间,且当沉积偏压增加至-200 V时,梯度膜的耐磨损性能实现最优化.