Microstructure and physical properties of PVD TiN/(Ti, Al)N multilayer coatings

Magnetron sputtered (Ti, Al)N monolayer and TiN/(Ti, Al)N multilayer coatings grown on cemented carbide substrates were studied by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), scanning electron microscopy(SEM), nanoindentation, Rockwell A indentation test, strength measurements and cutting tests. The results show that the (Ti, Al)N monolayer and TiN/(Ti, Al)N multilayer coatings perform good affinity to substrate, and the TiN/(Ti, Al)N multilayer coating exhibits higher hardness, higher toughness and better cutting performance compared with the (Ti, Al)N monolayer coating. Moreover, the strength measurement indicates that the physical vapour deposition (PVD) coating has no effect on the substrate strength.

TiN/TiCN/Al_2O_3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为

采用高温化学气相沉积(HT-CVD)和中温化学气相沉积(MT-CVD)相结合的复合化学气相沉积新技术在硬质合金基体WC-(W,Ti)C-(Ta,Nb)C-6%Co上分别沉积TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN涂层,制备TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金。通过氧化实验,X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等手段研究TiN/TiCN/TiN和TiN/TiCN/Al2O3/TiN CVD多层涂层硬质合金的氧化行为。结果表明,涂层后硬质合金的抗氧化性能明显提高,Al2O3的加入能进一步提高CVD多层涂层硬质合金的抗氧化性能,并使涂层硬质合金表现出独特的氧化行为。Al2O3涂层的抗氧化机理为Al2O3具有良好的高温化学稳定性,能起到很好的隔热和阻碍氧扩散的作用。

硬质合金复合涂层的结合强度与失效机理

通过4种硬质合金基体和3种TiN/TiCN/Al2O3/TiN复合涂层的组合,采用化学气相沉积(CVD)法制备12种涂层/硬质合金样品,借助划痕试验机、扫描电镜和能谱仪测定涂层与基体的结合强度,观察划痕的形貌,测定划痕的微区成分。结果表明,基体成分和WC的晶粒度,以及涂层的成分和厚度对涂层与基体的结合强度有明显影响,增大基体中WC的晶粒度和Co含量、或减少基体中立方碳化物的含量均可提高基体与复合涂层的结合强度。随着涂层层数和厚度增加,涂层之间结合强度有所降低,含TiCN涂层样品的结合强度高于含Al2O3涂层样品的结合强度。此外,结合划痕试验和扫描电镜观察结果,讨论了复合涂层逐层破损的失效机理。

超细硬质合金WC-6%Co-6%(W,Ti,Ta)C表面TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层性能分析

采用自主研发的超细硬质合金WC-6%Co-6%(W,Ti,Ta)C,利用化学涂层方法制备了TiCN-Al2O3-TiN多层复合涂层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、自动划痕仪和显微硬度计对涂层进行了结构分析和性能检测。结果表明,整个涂层组织由3层组成,与基体结合层为TiCN,次外层为Al2O3,最外层为TiN,制得的Al2O3涂层主要为κ-Al2O3晶型,κ-Al2O3晶型有利于细化晶粒,多层复合涂层剥落的形式不仅使涂层和基体间会出现分离,涂层和涂层间也会出现分离,Al2O3涂层会降低涂层与基体之间的结合强度,涂层的平均结合力为69N,平均表面显微硬度为2 225HV。

TiN/AlTiN纳米多层涂层组织与性能的研究

采用阴极弧蒸发涂层工艺在硬质合金基体上沉积了TiN/AlTiN纳米多层涂层。利用光学显微镜、SEM、XRD、显微硬度计和划痕测试仪、纳米压痕仪,分析了涂层的组织形貌、纳米调制周期、化学成分、物相组成、结合强度和硬度,并对涂层硬质合金刀片进行了铣削合金钢的切削性能测试。研究结果表明:TiN/AlTiN纳米多层涂层具有致密的柱状晶结构,保留了AlTiN单层涂层的(200)择优取向。大尺寸熔滴Ti含量高、小尺寸熔滴Al含量高,涂层中Al含量低于靶材。调制周期为18.4 nm的TiN/AlTiN纳米多层涂层具有良好的结合强度(>100 N)和高的硬度(28.2 GPa)。相同涂层厚度的情况下,TiN/AlTiN纳米多层涂层具有比同类单层涂层更高的耐磨性,表现出更好的切削性能。