金属陶瓷多弧离子镀TiN／TiAlN涂层的结构与性能

采用多弧离子镀技术在Ti（C，N）基金属陶瓷基体上沉积了TiN／TiAlN涂层，通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜等分析技术对其显微组织、成分、相结构、粗糙度及涂层与基体间的结合强度进行了分析。结果表明，多弧离子镀TiN／TiAlN涂层后试样的表面为金黄色，涂层光滑平整，其均方根粗糙度为20．6nm，显微硬度达到2808HK。TiN相和TiAlN相均存在强烈的（111）择优取向。Al的含量从涂层内部到表面逐渐增大，呈现梯度分布特征。TiN／TiAlN涂层与金属陶瓷之间的结合强度高达57．52N。     

TiN/TiAlN涂层Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削性能

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN多层涂层,通过扫描电镜、涂层附着力自动划痕仪对其显微组织形貌和涂层的结合强度进行了分析,并对涂层和未涂层金属陶瓷铣刀以及硬质合金铣刀进行了切削0Cr18Ni9钢的试验.结果表明,多弧离子镀TiN/TiAlN涂层均匀,TiN/TiAlN多层涂层与金属陶瓷之间的结合强度高达57.52 N.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的切削性能明显优于未涂层金属陶瓷和硬质合会YW2,其平均寿命为硬质合金刀具的2倍.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷刀具的失效形式主要是磨损和崩刃,没有涂层剥落现象,TiN/TiAlN涂层与基体的结合强度很好.未涂层金属陶瓷刀具的磨损形式主要是磨损和粘着.     

TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的摩擦学性能研究

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN多层涂层,通过对不同速度、载荷下的微量摩擦磨损试验前后涂层金属陶瓷的显微形貌、组织、成分、相结构及粗糙度的观察分析,研究了涂层金属陶瓷的摩擦学性能.结果表明,TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的平均摩擦系数均低于金属陶瓷基体本身的平均摩擦系数;在相同载荷下,滑动速度较低时,涂层金属陶瓷磨损表面粘着严重,有GCr15掉下的大块粘着物,随着滑动速度的增大,由严重粘着对磨偶件材料向少量粘着变化,其平均摩擦系数增大.在相同的滑动速度下,载荷较大时,TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的平均摩擦系数较大.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的磨损机制主要是粘着磨损和磨粒磨损.     

TiN/TiAIN涂层的断裂韧性研究

采用多弧离子镀技术在Ti(C,N)基和WC基金属陶瓷基体上沉积了TiN/TiAlN涂层,利用维氏硬度计对涂层进行压痕试验;通过测试压痕周围的裂纹长度和数目,用裂纹密度β来评价涂层的断裂韧性.结果表明,Ti(C,N)基金属陶瓷基体上TiN/TiAlN涂层的裂纹密度为4558,比WC基金属陶瓷基体上涂层的裂纹密度低.TiN/TiAlN涂层的压痕形貌中,涂层没有剥落,只有沿压痕应力角径向显微裂纹和压痕四周的侧向显微裂纹,不同基体其压痕裂纹特点也不同.Ti(C,N)基金属陶瓷基体上涂层的径向裂纹非常短,并有裂纹偏转现象,侧向裂纹很长.WC基金属陶瓷基体上涂层的径向裂纹很长,非常平直,侧向裂纹很短.     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。     

nc-(Ti,Al)(C,N)/a-SiNx纳米复合薄膜的制备及性能研究

目的 研究Si、C单元素掺杂及其共同掺杂TiAlN涂层对涂层性能的影响.方法 基于阴极电弧+辉光放电技术,在SUS304不锈钢基体及硬质合金刀具上分别制备nc-(Ti,Al)N、nc-(Ti,Al)N/a-SiNx、nc-TiAlCN及nc-TiAlCN/a-SiNx/a-C纳米复合薄膜,通过SEM观察涂层的微观组织形貌,并借助EDS表征涂层的元素成分,用XRD分析涂层的物相构成,探究C、Si元素对涂层生长的影响.采用纳米硬度仪测试涂层的硬度,采用二维轮廓仪及三维形貌仪表征涂层的表面粗糙度及表面形貌,通过滑动摩擦磨损试验测定涂层的耐磨性,用纳米划痕仪表征涂层的摩擦系数及涂层与基体的结合强度,用铣削实验表征涂层的切削性能.结果 该技术制备的TiAlN涂层,内部晶相结构复杂,硬度为29.57 GPa,主要归因于Ti2AlN、Ti2N等硬质相及TiN0.3相的形成降低了涂层的晶格常数.此为首次报道通过物理气相沉积方法制备含TiN0.3相的涂层.TiAlSiN涂层的硬度最高,为37.69 GPa,且耐磨性最好,主要原因是Si的添加起到了细晶强化和晶界强化的作用.C掺杂TiAlN使涂层析出更多非晶相,涂层硬度降低.C、Si元素共同掺杂,使得nc-TiAlCN/a-SiNx/a-C涂层表现出较低的摩擦系数及表面粗糙度,但与基体的结合性能最差,nc-(Ti,Al)N/a-SiNx薄膜的结合强度最好.结论 涂层均提高了基体表面的显微硬度,Si、C元素的掺杂可使涂层的某些性能得以大幅提升,但在实际应用中,还需根据应用需求选择合适的涂层.     

不同厚度TiN和TiAlN涂层残留应力分析

TiN和TiAlN涂层常应用于精冲模,采用XRD技术分析了不同厚度TiN和TiAlN涂层的相变化,并采用Sin2ψ法测量了TiN涂层和基体以及TiAlN基体的残留应力,应用显微硬度计测量了涂层的显微硬度。结果表明:TiN涂层(111)和(222)晶面存在明显择优取向,涂层残留应力分布在-2 347～-1 920MPa,基体残留应力分布在-154.9～-69.21 MPa,均随厚度增加而减小;TiAlN涂层主要相成分为Ti3Al3N2,且(107)晶面存在择优取向,基体残留应力分布在-123.7～469.5 MPa,主要呈拉应力状态,且随厚度增加而增大,对模具寿命有较大影响;TiN和TiAlN涂层显微硬度随厚度增加而增大。     

磁过滤电弧离子镀制备TiAlN涂层的结构与性能表征

采用磁过滤电弧离子镀技术在高速钢基体上沉积TiAlN涂层。研究了N_2分压对TiAlN涂层的相结构、化学成分、力学性能、沉积速率、表面粗糙度、结合强度以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,N_2分压的变化对涂层的结构与性能影响显著。随着N_2分压的增加,TiAlN涂层呈现(111)择优取向,其硬度最高可达34 GPa。涂层的沉积速率和表面粗糙度随着N_2分压的增大而逐渐降低。此外,由于大颗粒的去除使得涂层表面质量得到提升,所制备的TiAlN涂层均具有较低的摩擦系数(0.15~0.33),并且呈现良好的抗磨损性能,其最低磨损率为8.8×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

硬质合金基体对TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层结构和机械性能的影响

采用电弧离子镀在YT15、YG6、YG10这3种WC基硬质合金基体上沉积了TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层,并对所沉积涂层的截面形貌、截面成分、晶体结构、硬度及结合强度进行了检测与分析。结果表明:TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层呈内、中、外的"三层"结构。WC基硬质合金基体通过涂层-基体界面处元素的扩散影响沉积在基体表面涂层的结构,YG10基体中W、Co元素向涂层的扩散明显,削弱了涂层的柱状结构,而YT15和YG6基体上所沉积涂层其Ti、Al元素向基体的扩散,对TiAlN内层柱状结构的影响并不明显。多层涂层的晶体取向均以TiN(200)和CrN(200)为主,且不同硬质合金基体上沉积的涂层其衍射峰强度不同。沉积在YG10表面的涂层获得最大硬度,为4 600.13 HV。基体与涂层硬度差影响涂层结合性能,硬度差越小,涂层结合性能越好,沉积在YG6上的涂层其结合性能最好,临界载荷为103.32 N。     

多层结构对Ti/TiN涂层性能的影响（英文）

以TiN、TiAlN为主的过渡族金属氮化物硬质涂层以其较高的表面硬度、良好的耐磨以及抗高温氧化性能,被广泛应用于材料表面防护涂层。然而,涂层内部积聚的高内应力却容易引发涂层与基体的结合力问题。利用PVD技术很难在材料表面制备出厚度超过10μm的TiN或TiAlN涂层。多层复合结构能够有效控制涂层中的应力分布,从而使得其成为获得较厚硬质涂层的一种有效方法。本工作在TC4合金以及Si(100)基体上利用等离子增强离子镀技术制备了具有不同复合层数的多层Ti/TiN涂层,并研究了复合层数对涂层力学性能的影响。结果表明,随着复合层数的增加,涂层的各项力学性能得到了显著强化。涂层的显微硬度HV0.25高达27500 MPa,厚度大于50μm,且具有较好的韧性。涂层的韧性与显微硬度成正比例关系。同时,48层复合结构的Ti/TiN涂层具有低于0.35的摩擦系数以及最佳的抗磨损性能。然而,随着复合层数的进一步增加,涂层与基体的界面结合强度显著弱化。