多弧离子镀TiAlSiN梯度涂层制备及切削性能

针对含Si超硬涂层与基体结合强度不足,切削过程中涂层易发生剥落从而导致涂层刀具切削性能低的问题,采用离子源增强的多弧离子镀技术在硬质合金刀具上制备了不同含Si层梯度结构的TiAlSiN梯度涂层。利用XRD、SEM、OM以及切削试验探讨不同含Si层梯度结构对涂层物相、表面形貌、膜基结合强度、摩擦磨损以及切削性能的影响。结果显示：不同含Si层梯度结构的TiAlSiN涂层主要由固溶的（Ti,Al） N和（Al,Ti） N相组成。其中,低Si直接过渡的TiAlSiN涂层（S3）呈现出较高的硬度、良好的膜基结合力、较低的涂层残余应力和摩擦因数。铣削结果显示,涂层刀具的切削磨损机理主要表现为粘着磨损。当切削速度为80 m/min时,低Si过渡涂层（S3涂层）表现出更高的切削长度（925 m）,显著高于S1涂层的525 m;当切削速度由80 m/min增加至110 m/min时,S3涂层切削长度增加到1650 m。对含Si刀具涂层进行梯度设计,可有效提高涂层的膜-基结合强度和涂层刀具的切削性能。     

高能离子刻蚀前处理对AlTiSiN涂层切削性能的影响

目的提高AlTiSiN涂层与刀具基材的结合强度,降低涂层表面的粗糙度,减少切削过程中涂层的剥落,改善涂层刀具的切削寿命。方法采用离子源增强的多弧离子镀设备刻蚀清理基体材料,并制备AlTiSiN涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粗糙度仪、划痕仪和铣削实验探讨涂层沉积前不同Ar离子刻蚀清洗工艺对AlTiSiN涂层结构、膜基结合力和涂层表面形貌的的影响,探究不同刻蚀清洗工艺对涂层刀具切削机理和切削性能的影响。结果 AlTiSiN涂层的相结构主要由(Al,Ti)N固溶体相组成,涂层沿着基体呈现柱状生长。随着高能Ar离子刻蚀电流由40 A增加至100 A,涂层的表面粗糙度降低,Ra值由140 nm降至69 nm,Sq值由226 nm降至117 nm;涂层与基体之间的结合强度增加,Lc2由41 N增加至52 N;切削加工DC53模具钢结果显示,当清洗电流增加至100 A,涂层的剥落几率降低,涂层刀具的切削寿命增加,由11 m增加至23 m。结论高能离子刻蚀前处理过程可有效增加涂层与基体之间的结合强度,降低涂层表面粗糙度,进而提高涂层刀具的切削寿命。刻蚀清洗所用电流强度越大,清洗效果越好,刀具涂层切削性能提高越明显。