高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展

高功率脉冲磁控溅射技术是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术，它利用较高的脉冲峰值功率（超出传统磁控溅射2～3个数量级）和较低的脉冲占空比（0．5％～10％）来实现高金属离化率（〉50％），在获得优异的膜基结合力、控制涂层微结构、降低涂层内应力、控制涂层相结构等方面都具有显著的技术优势．本文从高功率脉冲磁控溅射技术的原理出发，探讨了高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势，介绍了10多年来高功率脉冲磁控溅射技术在刀具涂层界面优化、高性能硬质涂层沉积、复合高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米多层/复合硬质涂层和氧化物涂层沉积、低温沉积等方面的研究进展．

MgO-Y2O3-Re2O3添加对氮化硅陶瓷微观组织及性能的影响

以α-Si3N4为原始粉料,MgO-Y2O3-Re2O3为烧结助剂,采用热压烧结法制备氮化硅陶瓷。通过阿基米德排水法、XRD、SEM、三点弯曲法、压痕法和激光闪光法分别对氮化硅的致密度、相组成、显微结构、抗弯强度、断裂韧性和热导率进行检测。研究表明:添加MgO-Y2O3-Re2O3(Re=Er、Sm、Dy、La、Y、Yb)的样品中,Sm2O3、Y2O3、Yb2O3易促使Y2O3分别形成第二相Y2SiO3、Y2Si3O3N4和Y2SiO5。同时,添加MgO-Y2O3-Re2O3(Re=Sm、Dy、La、Yb)的Si3N4中,长柱状晶均匀地镶嵌在较小的基体晶粒中,起自增强增韧作用,其抗弯强度均在920 MPa以上,断裂韧性均在6.93 MPa·m^1/2以上。与传统二元烧结助剂MgO-Re2O3相比,MgO-Y2O3-Re2O3三元添加剂中Re^3+半径的改变,对Si3N4陶瓷显微结构、抗弯强度及断裂韧性未产生规律性的影响,但其热导率随添加剂Re^3+半径减小而增大。

无压烧结氮化硅陶瓷的致密化过程

在陶瓷粉末中添加Al2O3-Y2O3作为助烧剂,经过干压和冷等静压成形,然后无压烧结制备Si3N4陶瓷,通过TOM-AC实时观测烧结过程中Si3N4陶瓷样品的收缩和致密度变化;分析不同温度烧结的陶瓷结构与形貌,并研究Si3N4陶瓷的致密化过程。结果表明:1400℃时α-Si3N4开始转变为β-Si3N4,在1400~1600℃范围内致密度快速增大,且压坯密度越高,致密化速率越快。烧结温度高于1600℃时,α-Si3N4全部转变为β-Si3N4柱状晶,晶粒明显长大,致密化速率降低。压坯密度对最终的烧结致密度影响不大。由此确定最佳烧结工艺为1650℃与1800℃分别保温2 h,所得Si3N4陶瓷的致密度为98.4%,硬度(HV10)为15.7±0.5 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为1037.3±48.9 MPa和5.8±0.2 MPa·m&1/2。

Al/Cr原子比对AlCrTiSiN多元复合刀具涂层微观结构及切削性能的影响

AlCrTiSiN多元复合涂层能显著改善刀具的表面特性,可大幅提高刀具的切削性能,延长刀具使用寿命。在高速钢样品和铣刀表面通过多弧离子镀制备AlCrTiSiN多元复合涂层,并研究了Al/Cr原子比对AlCrTiSiN多元复合涂层微观结构及切削性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪、划痕仪和球盘摩擦磨损试验对涂层的微观结构和力学性能进行研究,并通过切削试验对涂层刀具的寿命进行测试。研究结果表明:当Al/Cr比为0.4时,AlCrTiSiN涂层物相由fcc-AlCrN,fcc-Al Ti N,hcp-Al N和非晶态Si_3N_4相组成,涂层呈现(200)AlCrN择优取向;随Al/Cr比由0.4降低至0.2时,涂层物相由fcc-AlCrN,fcc-Al Ti N,hcp-Cr2N和非晶态Si_3N_4相组成,(200)AlCrN择优取向消失。随Al/Cr比由0.4降低至0.2时,AlCrTiSiN涂层硬度和结合力增加,摩擦因数和磨损率降低,与另两组相比,AlCrTiSiN-3涂层具有较好的抗摩擦磨损性能,其涂层刀具具有相对较高的切削寿命。