磁控溅射TiN薄膜低温沉积技术及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射装置在高速钢基体上制备了TiN薄膜,研究了基体温度升高的原因及其磁控溅射的低温原理,讨论了低温与离子刻蚀、负偏压、磁场强度3个主要溅射工艺参数的关系,并对TiN薄膜的摩擦学性能进行了研究。实验结果表明,离子刻蚀、负偏压、磁场强度对低温磁控溅射TiN成膜过程具有较大的影响,所制备的TiN薄膜的耐磨性、配副适应性也较好。     

C离子注入对硬质合金刀具TiN涂层性能的影响

在硬质合金刀具上沉积了PVD—TiN涂层,并采用C离子注入技术对其进行表面改性处理。对涂层截面的微观形貌、显微硬度以及与基体附着力的测试结果表明,C离子注入可使TiN涂层的显微组织细密均匀化,并能明显提高涂层的显微硬度以及与基体的附着力。     

硬质合金刀具Al_2O_3涂层摩擦磨损性能研究

对硬质合金刀具进行等离子体化学气相沉积氧化铝涂层处理,并将其与未涂层刀具试样在干摩擦条件下进行滑动摩擦试验,比较其摩擦磨损性能并分析磨损机制。结果表明,等离子体化学气相沉积氧化铝涂层能使刀具获得高硬涂层,平均硬度比未涂层刀具提高30.1%,能有效降低刀具表面摩擦因数,明显提高硬质合金刀具的耐磨性能。     

PEMSIP法沉积的TiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响

氮气分压增加使等离子体增强磁控溅射离子镀（ＰＥＭＳＴＰ）ＴｉＮ涂层的相组成朝著富氮相及其含量增加的方向发展。由Ｔｉ２Ｎ和ＴｉＮ两相组成的涂层硬度最高，可达ＨＫ２５００；由Ｔｉ２Ｎ和ＴｉＮ两相组成的刀具涂层使硬质合金刀具切削力下降，可明显提高刀具使用寿命．     

底层硬质合金间隔分布自润滑涂层的制备及其摩擦磨损性能研究

为了提高45钢的减摩和润滑性能,选择石墨和YG8硬质合金棒作为电极材料,利用电火花沉积在45钢基体表面制备底层硬质合金间隔分布的自润滑涂层,使用扫描电子显微镜、Image J软件以及EDS对涂层形貌、组成成分进行观察和研究,利用HSR-2M型摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,分析了相同条件下自润滑涂层、基体和石墨涂层的摩擦磨损性能以及不同条件下自润滑涂层的摩擦磨损性能。厚度75μm、表面粗糙度1.679μm的自润滑涂层均匀、致密,摩擦系数和磨损量相较于基体和石墨涂层明显下降。在载荷为40N和往复摩擦频率为400t/min时,自润滑涂层的摩擦系数最小分别为0.213和0.225。研究结果表明,涂层的耐磨性和润滑性能受底层硬质合金、往复摩擦频率以及载荷的影响,原因是底层硬质合金层不仅能为顶层石墨涂层提供支撑,同时还能与石墨结合生成新的润滑膜,提高自润滑涂层的耐磨性和润滑性。     

TiN涂层刀具切削高锰钢的磨损破损研究

研究奥氏体高锰钢切削过程中TiN涂层硬质合金刀具的磨损、破损机制,测量了切削温度并得出后刀面磨损量与 切削时间和切削速度的关系曲线,以及刀具前、后刀面显微磨损、破损形貌和化学变化。结果表明,TiN涂层硬质合金刀 具切削奥氏体高锰钢时耐磨性优于单一硬质合金刀具,且适于低速切削(小于30m/min)。     

20CrNiMo钢表面磁控溅射制备TiN/ZrN多层薄膜的形貌及摩擦学性能

利用非对称双极脉冲磁控溅射技术在20CrNiMo钢表面制备了TiN/ZrN多层薄膜,利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察了薄膜的截面和表面形貌,用划痕仪测试了薄膜与基体的结合力,通过球-盘摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明:制备的TiN/ZrN多层薄膜厚度约为2.1μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度为13.63nm;薄膜与基体结合较牢固,临界载荷达到51.0N;薄膜具有优良的减摩性,摩擦因数为0.16,较基体20CrNiMo钢的0.33明显减小,使该钢的耐磨性能得到提高。     

ZrN/TiN复合涂层刀具的制备及其磨损性能研究

采用中频磁控溅射和电弧离子镀两种方法组合在硬质合金基体上沉积ZrN／TiN复合涂层，采用切削试验来研究ZrN／TiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响。结果表明：ZrN／TiN复合涂层提高了硬质合金刀具的硬度，涂层刀具的显微硬度受基体硬度的影响，基体YG6、YT14涂层后的显微硬度分别可达2300HV，2500HV；使涂层刀具切削力的降低了20％；提高了涂层刀具的耐磨损能力。     

高速钢刀具磁控溅射离子镀TiN涂层的工艺与性能研究

采用磁控溅射离子镀法(MSIP)对高速钢W18Cr4V进行了TiN镀膜试验,对镀膜后试样的各项性能进行了测试分析,并对溅射时间、氮分压、溅射电流等工艺参数对TiN膜层的显微组织、厚度、硬度和耐磨性的影响进行了研究,确定了可获得最佳涂层综合性能的镀膜工艺参数。     

涂层硬质合金刀具磨损机理的研究

通过高速切削试验,观察了涂层刀片的磨损过程,描述了其磨损形态,分析了涂层刀片磨损率不同的原因,提出了涂层硬质合金刀具的磨损机理模型以及涂层硬质合金刀具的磨损类型。     

工艺参数对TiN薄膜光学性能的影响

在玻璃基片上用直流磁控溅射的方法制备氮化钛薄膜,研究了在不同氢气氯气流量比(λAr/N2)条件下和不同镀膜时间内所制备TiN薄膜对紫外一可见一近红外光的透光性能,以及对中远红外光反射能力影响.结果表明,随着氩氮流量比(λAr/N2)的增大,TiN薄膜在可见光到近红外区域透光性逐渐减小,但其对中远红外光反射能力不断增强.镀膜时间的增加使其方块电阻R□急剧减小,中远红外光反射率迅速升高到接近70%.     

双辉渗镀TiN陶瓷层摩擦磨损性能的研究

采用一种新的制备TiN双层辉光渗金属技术，在钢铁材料表面直接复合而形成超硬耐磨TiN渗镀扩散陶瓷层。用Tapping AFM型原子力显微镜和LEC图像分析仪分析表面形貌；用GDS750型辉光放电光谱分析仪测定渗镀复合层试样成分；用Rigaku／max2500型X射线衍射仪（XRD）测定复合渗镀层的相结构；用WTM-1E可控气氛微型摩擦磨损试验仪对复合渗镀层的摩擦磨损性能进行研究。结果表明：这种制备TiN新工艺方法合成的渗镀TiN陶瓷层，其表面均匀致密，Ti和N原子由表层向内呈梯度分布，与一般表面沉积的TiN层不同，属于冶金扩散层结合；渗镀层厚度可达8μm以上，TiN层择优取向为（200）晶面；渗镀层硬度较高，达到HV0.1 2200，在干滑动摩擦磨损试验条件下具有较低的摩擦因数和优异的耐磨性能。     

氩气与氮气流量比对磁控溅射法制备TiN薄膜的影响

用直流反应磁控溅射法在Si(100)基底上制备了TiN薄膜,采用X射线衍射仪和原子力显微镜对其结构和形貌进行了表征,利用四探针测试仪测量了TiN薄膜的方块电阻,使用紫外可见分光光度计测定了薄膜反射率;研究了溅射沉积过程中氩气与氮气流量比对TiN薄膜结构及性能的影响.结果表明:在不同氩气与氮气流量比下,所制备薄膜的主要组成相是(200)择优取向的立方相TiN;随着氩气与氮气流量比的增加,薄膜厚度逐渐增大,而表面粗糙度与电阻率先减小后增大;当氩气与氮气流量比为15:1时,薄膜表面粗糙度和电阻率均达到最小值;TiN薄膜的反射率与氩气与氮气流量比的关系不大.     

ZrN涂层刀具的滑动磨损特性研究

山东大学摘要:采用电弧离子镀法在硬质合金刀具表面制备了厚度为2.19~5.23μm的ZrN系列涂层,测定了涂层的显微硬度,并通过划痕试验和摩擦磨损试验考察了涂层与基体的结合强度及其摩擦磨损性能。在扫描电镜下观察磨损表面形貌,结果表明:ZrN系列涂层能够显著提高硬质合金刀具的表面硬度;涂层与基体的结合强度较高,划痕临界载荷高于60N;与此同时,电弧离子镀法ZrN系列涂层可以显著改善硬质合金刀具的耐磨性能。磨损机理主要是磨粒磨损和涂层的微剥落。     

表面残余应力对涂层硬质合金刀具磨损影响的研究现状

涂层硬质合金刀具具有良好的抗机械和抗热载荷冲击性能,以及较低的摩擦因数,在常温及高温下耐磨损性能优异,广泛应用于难加工材料的精密、半精密加工。对涂层硬质合金刀具进行表面处理后,刀具表面残余应力会发生演变,并会对刀具磨损产生影响。介绍了针对以上问题的国内外研究现状,并对高性能涂层硬质合金刀具的未来发展进行了展望。