电火花沉积制备WC涂层高速钢钻头研究

利用DZ-1400型电火花沉积机,以WC为电极,以氩气为保护气,在W18Cr4V高速钢麻花钻头表面制备了WC硬质合金涂层.利用光学显微镜观察分析了涂层金相,利用显微硬度计测量涂层的硬度和厚度.在干式切削条件下进行切削试验,分析比较了涂层钻头与未涂层钻头寿命和磨损情况.结果表明,WC涂层可显著提高刀具切削能力,延长其寿命,在钻削45钢和铸铁时,涂层钻头平均寿命分别比未涂层钻头提高了10倍和13倍,同时钻头磨损速度明显减缓.     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

CrAlTiN涂层高速钢刀具的切削性能和磨损特性

用磁控溅射离子镀工艺制备了CrAlTiN多元复合涂层M2高速钢麻花钻,在干式切削条件下进行切削试验,研究其切削性能和磨损特性。结果表明,CrAlTiN涂层可显著提高高速钢刀具的切削性能,延长刀具寿命。在钻削45钢和30CrMnSiA钢时,钻头平均寿命分别比未涂层钻头提高17．2倍和11．8倍。试验发现,CrAlTiN涂层钻头后刀面磨损的图形特征更为明显,在不同加工条件下各磨损区域具有不同的磨损特性。要充分发挥涂层的作用．必须合理地选择刀具几何参数和切削用量．     

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和TiAlN涂层刀具铣削铝锂合金表面质量试验对比研究

目的 比较TiN和TiAlN涂层刀具加工铝锂合金的切削性能和表面质量。方法 使用硬质合金、TiN涂层和TiAlN涂层三种刀具，对2198-T8型铝锂合金进行干式铣削试验。改变切削因素的水平，比较刀具磨损、铝锂合金的表面粗糙度、切削力和切屑形态。结果 铣削铝锂合金时，刀具主要磨损为粘附磨损，TiN涂层的粘附程度最低，硬质合金次之，TiAlN涂层表面粘附最严重，切削效能最低。粘附磨损严重影响铣削成形的表面粗糙度，并使铣削力增加。铣削速度是影响工件表面粗糙度的主要因素，通过提高铣削速度可明显降低材料的粘结程度，降低表面粗糙度与铣削力，TiN涂层在铣削铝锂合金时最小表面粗糙度可达到0.5 μm以下。在相同的切削参数下，TiN涂层断屑均匀，切屑表面较为光滑，切屑塑性变形最小。硬质合金刀具产生的切屑尺寸较短，切屑表面有少量带状条纹，TiAlN涂层刀具产生的切屑发生了严重的塑性变形。结论 与TiAlN涂层和硬质合金刀具相比，TiN涂层刀具在铣削铝锂合金时的切削效能最好，可以达到最好的表面粗糙度和加工效果。     

高速钢钻头电火花沉积 Ti( C, N) /Al2O3 复合涂层的组织及切 削性能

目的在高速钢钻头表面电火花沉积Ti(C,N)/Al2O3复合涂层,以提高其切削性能。方法利用电火花沉积技术,以Ti(C,N)/Al2O3作为电极材料,在高速钢钻头表面制备Ti(C,N)/Al2O3涂层,考察涂层的物相组成、组织形貌及横截面硬度分布,并进行切削试验。结果涂层组织均匀,厚度约32~36μm,物相主要为C0.3N0.7Ti,Al2O3,AlTi3,Fe7W6,Fe4N,TiN和AlN,平均硬度是基体高速钢的2.6倍。结论在高速钢钻头表面制备Ti(C,N)/Al2O3涂层可以提高刀具的切削性能,延长其使用寿命。     

TiAlN涂层与Al_2O_3复合涂层刀具高温合金切削性能研究

为提升高温合金加工刀具的加工质量与效率,设计制备了用于金属陶瓷刀具的TiN/Al_2O_3/TiC/TiCN复合涂层(Al_2O_3复合涂层)与用于硬质合金刀具的TiAlN涂层。开展了进给量为单因素变量的切削实验,并从切削力变化、刀具磨损情况及被加工表面质量三方面验证对比刀具的切削性能。试验表明,涂层刀具的刃口钝化处理导致了其加工过程切削力的升高,其中TiAlN涂层硬质合金刀具切削力变化较平稳;Al_2O_3复合涂层刀具加工过程中出现了涂层剥落现象,而TiAlN涂层刀具磨损较小;TiAlN涂层硬质合金刀具获得的加工表面质量优于Al_2O_3复合涂层刀具。TiAlN涂层硬质合金刀具在耐磨性、涂层粘着力及加工质量三方面均优于Al_2O_3复合涂层金属陶瓷刀具。     

表面改质及强化技术

20091229电火花沉积制备WC涂层高速钢钻头研究/张辉…//焊接.-2008(8):40~42利用DZ-1400型电火花沉积机,以WC为电极,以氩气为保护气,在W18Cr4V高速钢麻花钻头表面制备了WC硬质合金涂层。利用光学显微镜观察分析了涂层金相,利用显微硬度计测量涂层的硬度和厚度。在干式切削条件下进行切削试验,分析比较了涂层钻头与未涂层钻头寿命和磨损情况。结果表明,WC涂层可显著提高刀具切削能力,延长其寿命,在钻削45钢和铸铁时,涂层钻头平均寿命分别比未涂层钻头提高了10倍和13倍,同时钻头磨损速度明显减缓。图5表1参620091230激光熔凝处理对NiTi形状记忆合金微动磨损性能的影响/张春华…//焊接学报.-2008,29(7):22~24,28采用高功率连续波固体Nd:YAG激光器,对Ni-Ti形状记忆合金进行激光表面熔凝处理,利用SRVⅢ摩擦磨损试验机考察激光熔凝处理对Ni Ti形状记忆合金微动磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜及能谱仪分析Ni Ti形状记忆合金表面磨痕形貌及磨损产物成分;用形貌仪测量样品表面磨痕深度,并对磨损体积进行计算。结果表明,与Ni Ti合金相比,熔凝层摩擦系数,磨损体...     

表面改质及强化技术

20091229电火花沉积制备WC涂层高速钢钻头研究/张辉…//焊接.-2008(8):40~42利用DZ-1400型电火花沉积机,以WC为电极,以氩气为保护气,在W18Cr4V高速钢麻花钻头表面制备了WC硬质合金涂层。利用光学显微镜观察分析了涂层金相,利用显微硬度计测量涂层的硬度和厚度。在干式切削条件下进行切削试验,分析比较了涂层钻头与未涂层钻头寿命和磨损情况。结果表明,WC涂层可显著提高刀具切削能力,延长其寿命,在钻削45钢和铸铁时,涂层钻头平均寿命分别比未涂层钻头提高了10倍和13倍,同时钻头磨损速度明显减缓。图5表1参620091230激光熔凝处理对NiTi形状记忆合金微动磨损性能的影响/张春华…//焊接学报.-2008,29(7):22~24,28采用高功率连续波固体Nd:YAG激光器,对Ni-Ti形状记忆合金进行激光表面熔凝处理,利用SRVⅢ摩擦磨损试验机考察激光熔凝处理对Ni Ti形状记忆合金微动磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜及能谱仪分析Ni Ti形状记忆合金表面磨痕形貌及磨损产物成分;用形貌仪测量样品表面磨痕深度,并对磨损体积进行计算。结果表明,与Ni Ti合金相比,熔凝层摩擦系数,磨损体...     

PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3复合涂层氧化铝陶瓷刀具切削性能研究

在刀具表面沉积一层硬质、耐磨涂层,可有效提高刀具切削性能。目前刀具涂层的研究主要侧重于氮化物、碳化物等硬质涂层(基体为硬质合金),氧化物涂层(基体为陶瓷)仍未有突破性进展。文章涉及陶瓷基体表面的氮化物和氧化物涂层制备及切削性能研究。采用阴极电弧蒸发镀技术(PVD-CAE)和PEM辅助PVD工艺在氧化铝陶瓷刀具表面制备TiAlN硬质耐磨涂层(中间层)和Al_2O_3抗高温氧化涂层(外层)。采用扫描电子显微镜(SEM)和EDS线扫法分析涂层微观结构和元素成分变化,通过显微硬度计表征涂层表面硬度。通过连续干切削灰铸铁试验研究TiAlN/Al_2O_3涂层的切削寿命、磨损机理和加工表面质量。结果表明:该复合涂层具有细晶致密的微观结构;TiAlN硬质层可将刀具表面硬度提升至2781±19HV_(50g),从而提高了刀具耐磨性;连续干切削灰铸铁试验中,无涂层氧化铝刀具发生崩刃破损,而TiAlN/Al_2O_3涂层刀具主要发生磨粒磨损和少量的粘结磨损,无崩刃现象;PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3涂层刀具寿命是常规无涂层氧化铝刀具的2倍以上,且加工表面质量优良而稳定。     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

40Cr钢表面渗氮及制备CrN涂层在重载低速下的摩擦学性能

目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果渗氮样品表面化合物层厚度约10μm,硬度约为558HV。Cr N涂层表面厚度约为4μm,涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下,渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损;制备Cr N涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论在20~60 N法向载荷下,制备Cr N涂层后,40Cr钢均表现出最优异的耐磨减摩性能。     

Microstructure and cutting performance of CrTiAlN coating for high-speed dry milling

Using a closed field unbalanced magnetron sputtering system, the cemented carbide end mills were coated with a CrTiAlN hard coating, which consisted of a Cr adhesive layer, a CrN interlayer and a CrTiAlN top layer. The microstructure and mechanical properties of the coating were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), micro indentation and scratch test. The cutting performance of the coated end mills were conducted by high-speed dry milling hardened steel (P20, HRC 45). The results indicates that the coating is composed of (Cr, Ti, Al)N columnar grains with nanolayers. The coating exhibits good adhesion to cemented carbide substrate and high microhardness of around 30 GPa. The coated end mills show significant improvement on tool life and much lower cutting force as compared to the uncoated ones. And the related mechanisms were discussed.     

Cr基金属氮化物涂层改善冷冲模性能的研究

采用非平衡磁控溅射法在硬度分别为56HRC和62HRC的Cr12MoV冷作模具钢表面制备Cr/CrN/CrTiAlN涂层,综合分析了涂层的表面性能,并进行了应用试验。实验结果和应用试验表明：Cr/CrN/CrTiAlN涂层能显著提高Cr12MoV钢基体的表面硬度（2550HV25）及承载能力,并与基体较好地结合,从而显著减少了Cr12MoV钢基体的磨粒磨损,耐磨性提高,对于高的基体硬度这一效果更为明显。经Cr/CrN/CrTiAlN涂层的翻边精整冷冲模,较未表面处理模具其使用寿命提高了两个数量级以上。     

磁控溅射制备的Cr/CrN和Cr/CrN/CrAlN涂层耐腐蚀性能对比研究

目的比较Cr/CrN/CrAlN涂层和Cr/CrN交替涂层的耐腐蚀性能。方法利用电化学极化曲线、阻抗谱和中性盐雾试验进行测量,结合扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征微观形貌,分析两种涂层耐腐蚀性能的差异。同时,为研究涂层在服役中的损伤工况,分析了预制划痕对Cr/CrN/CrAlN涂层耐腐蚀性能的影响。结果Cr/CrN/CrAlN涂层的自腐蚀电流密度较Cr/CrN交替涂层和TC4基体低2个数量级,腐蚀速率较小。无损伤的Cr/CrN/CrAlN涂层的极化电阻Rp为868.7 kΩ·cm^2,预制1条损伤划痕涂层的极化电阻为792.0 kΩ·cm^2,而带有5条损伤划痕涂层的极化电阻Rp仅为77.2 kΩ·cm^2,减小至原始涂层的8%。Cr/CrN/CrAlN涂层经288 h连续盐雾腐蚀后增重仅为0.1 mg/cm^2,远小于CrN涂层和TC4基体,且增重速率趋于平缓。CrN涂层在连续盐雾腐蚀24 h后,腐蚀增重速率明显增加。结论由于Cr/CrN/CrAlN涂层结构增加了微裂纹和位错运动的界面阻塞,避免孔隙的连通,阻碍了腐蚀介质进入基体,因此涂层的耐腐蚀性能提高。对于表面预制划痕的Cr/CrN/CrAlN涂层,首先发生涂层的局部腐蚀,通过阴极极化加速后,腐蚀凹坑延伸到涂层/基体界面,加剧涂层的局部剥离。     

N~+注入W18Cr4V钢磨损性能的研究

W18Cr4V高速钢是一种广泛应用的刀具钢,为进一步提高其使用寿命,应用CG－60 型离子注入机对W18Cr4V高速钢进行了氮离子注入,得到一系列剂量的氮离子注入层,对注 氮层的磨损性能进行研究。XRD分析表明,氮离子注入W18Cr4V钢在部分基体表层形成了CrN 、ε–FeN和（Cr,Fe）2N1-x等相;表层显微硬度也有较大提高;磨损试验表明,氮离子的 注入显著提高了高速钢基体的耐磨性。还对耐磨性提高的机理进行了讨论。     

多弧离子镀制备Cr/CrN多层厚膜的微观结构和力学性能

通过多弧离子镀（MAIP）在室温下将具有不同调制比（1:2、1:3、1:5）的多层Cr/CrN厚涂层沉积在A100钢基底上。腔室温度在沉积过程中由室温逐渐升高到160~170 ℃。设计调制结构是为了使膜/基结合强度和机械性能最大化。调制比为1:2的Cr/CrN多层涂层表现出最高的膜/基结合强度（L_c=63.8 N）,这可能归因于最高的材料硬度(H)/弹性模量(E)和H³/E²数值比（分别为0.083和0.138）。Cr层越厚,多层Cr/CrN厚涂层的塑性和摩擦学性能越好。干摩擦试验表明,与单层CrN相比,Cr/CrN多层涂层的平均摩擦系数和比磨损率分别最高降低了24%和94%。随着Cr层变厚,磨损机理从表面疲劳磨损转变为磨料磨损,这种现象可归因于硬度和塑性的协调变化。     

电弧离子镀CrTiN涂层的结构及耐腐蚀性能

采用电弧离子镀技术在模具钢H13表面沉积Cr_xTi_1-xN涂层,系统研究了不同Cr/Ti原子比对CrTiN合金化涂层结构、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。结果表明:通过改变分离靶弧流实现CrTiN涂层中Cr/Ti原子比的有效调控,所制备的CrTiN涂层主要由面心立方结构(Cr, Ti)N和CrN组成,随着Cr/Ti原子比从1.1增加至1.8,涂层相结构由随机取向向(111)晶面优先生长转变。CrTiN合金化涂层显微硬度较CrN涂层得到明显提升,并随着固溶引起的晶格畸变程度变化而具有一个极大值。通过电化学阻抗谱和动电位极化曲线分析,当Cr/Ti原子比为1.4时,致密的Cr_0.59Ti_0.41N涂层具有最佳的耐腐蚀性能。     

Syntheses and mechanical properties of Cr-Mo-N coatings by a hybrid coating system

Effects of Mo content up to 30.4 at.% on the microstructure and mechanical properties of CrN coatings are reported in this study. Ternary Cr-Mo-N coatings were deposited onto steel substrates (AISI D2) using a hybrid coating method of arc ion plating (AIP) using Cr target and DC magnetron sputtering technique using Mo target in N₂/Ar gaseous mixture. The synthesized Cr-Mo-N coatings formed a substitutional solid solution of (Cr,Mo)N where larger Mo atoms replaced Cr in CrN crystal. The Cr-Mo-N coatings showed increased hardness value of approximately 34 GPa at 21 at.% Mo, compared with 18 GPa for pure CrN. The friction coefficient decreased from 0.49 for pure CrN coating to 0.37 for Cr-Mo-N with 30.4 at.% Mo. This result is believed to be due to tribo-layer formation of MoO₃ which is known to function as a solid lubricant.     

离子束增强沉积CrN膜层及其微动摩擦学性能研究

以不同氮离子辅助轰击能量制备CrN膜层．利用纳米压入仪及显微硬度计分别测试单晶Si片上膜层的硬度及断裂韧度K1C．使用XRD、XPS及EPMA分析离子轰击能量对镀层组织结构的影响。结果表明，采用能量较低的氮离子轰击得到的涂层，由于金属Cr的存在，涂层硬度虽有所降低，但断裂韧度K1C数值较高。选择较低的4keV辅助轰击能量，在M2高速钢基体上沉积CrN涂层，膜层在空气介质中表现出优异的耐磨减摩特性.但在水介质条件下，由于膜层接触区域的去钝化，再钝化使腐蚀和磨损相互加速，导致CrN膜层摩擦系数，尤其是磨损量明显高于基材。