SDC90钢CrTiAlN和AlTiN涂层承载能力和耐磨性的研究

采用非平衡磁控溅射与多弧离子镀技术分别在SDC90模具钢表面制备Cr Ti Al N与Ti Al N涂层,采用SEM、XRD及M200等观察与测定涂层的微观形貌与组织、承载能力及摩擦磨损性能。研究表明:Cr Ti Al N涂层致密、无柱状晶,Al Ti N涂层存在黑色颗粒,有轻微的柱状晶,粗糙度和厚度略高于前者;涂层显著提高了模具钢的表面硬度(1 887~2 482 HV_(0.245N))及承载能力,其中Cr Ti Al N涂层韧性优于Al Ti N涂层;强、韧表面有效降低模具钢的磨损体积与磨损率,磨损18 h后Cr Ti Al N与Al Ti N涂层的磨损体积分别为基体的48%和28%,磨损率分别为基体的60%和28%;高硬度的Al Ti N涂层显示出更好的耐磨性能;磨损机制主要为疲劳磨损。     

不同温度下γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以Ti C为增强相、γ-Ni Cr Al Ti固溶体为增韧相、Ca F2为自润滑相的γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层。分别在室温、300℃和600℃时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能,并且讨论了其与对磨球的磨损机理。结果表明:从室温到600℃,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2自润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低,该复合涂层具有较好的自润滑耐磨性能;对偶件Si3N4陶瓷球的磨损也有一定程度的降低。600℃时,Ti6Al4V基体的磨损机理为氧化塑性变形,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C/Ca F2磨损机理为润滑转移层的形成。     

添加固体润滑剂WS_2的钛合金激光熔覆高温耐磨复合涂层组织与耐磨性

为提高钛合金的摩擦学性能,采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了γ-Ni Cr Al Ti/Ti C与γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪分析了涂层的物相和显微组织,在球-盘式高温摩擦磨损试验机上测试了不同温度下(室温、300℃、600℃)复合涂层的摩擦学性能。结果表明:激光熔覆的复合涂层与基体呈冶金结合,γ-Ni Cr Al Ti/Ti C复合涂层主要由硬质相Ti C和γ-Ni Cr Al Ti固溶体组成;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层主要是由硬质Ti C和Ti WC2为耐磨增强相、γ-Ni Cr Al Ti为增韧相、Ti2CS和Cr S金属硫化物为自润滑相组成的高温自润滑耐磨复合涂层。γ-Ni Cr Al Ti/Ti C和γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS复合涂层的摩擦系数在实验温度下都远低于Ti6Al4V基体;γ-Ni Cr Al Ti/Ti C+Ti WC2/Cr S+Ti2CS表现出良好的高温自润滑减摩性能。     

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。     

钛合金基体上AlCrN涂层的冲蚀磨损行为研究

目的研究钛合金基体表面的Al CrN涂层在固体粒子冲蚀条件下的磨损性能和材料去除机制。方法采用阴极电弧离子镀物理气相沉积技术在钛合金基体表面制备AlCrN硬质涂层。利用扫描电镜(SEM)分析冲蚀试验前后试样表面的微观形貌;利用能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的化学成分和物相组成;利用白光干涉轮廓仪检测试样表面粗糙度和冲蚀试验后试样表面的冲蚀坑深度;利用纳米压痕仪和多功能材料表面性能测试仪测量试样的显微硬度、弹性模量和涂层与基体的结合力;利用冲蚀试验机考察高角度冲蚀条件下试样的抗冲蚀磨损性能。结果抛光后的钛合金表面光滑,没有明显缺陷,硬度为4.29 GPa,弹性模量为141.02 Gpa。Al Cr N涂层厚度约为10.5μm,表面有大量尺寸不一的球形颗粒和圆形凹坑等生长缺陷,硬度为23.27GPa,弹性模量为264.95GPa,XRD图谱表明AlCrN涂层中主要存在AlN相和Cr N相。在冲蚀角度90°、粒子冲击速度85 m/s和冲蚀粒子供给速率(2±0.5) g/min的条件下,Al CrN涂层的冲蚀坑深度仅为钛合金基体的1/10。通过冲蚀表面微观形貌观察与分析发现,钛合金基体表面的冲蚀磨损特征主要有冲击凹坑、挤压唇和微切削痕,Al Cr N涂层表面的冲蚀磨损特征主要有微切削痕、大颗粒塑性变形和剥落坑。结论钛合金的冲蚀磨损行为为典型的塑性材料冲蚀磨损机制。AlCrN涂层在冲蚀早期为塑性材料冲蚀磨损机制,随着冲蚀的进行,既有塑性材料冲蚀磨损机制,又有脆性材料冲蚀磨损机制。     

阴极离子镀TiAlSiN涂层高温摩擦与磨损性能

采用阴极离子镀在H13钢表面制备了TiAlSiN涂层,通过扫描电镜、X射线衍射仪、原子力显微镜分析了涂层表面-界面形貌、物相和三维表面微观形貌。利用EDS面扫描分析了磨痕表面化学元素分布,讨论了高温对涂层摩擦磨损性能的影响。结果表明,TiAlSiN涂层表面主要元素由Ti、Al、Si和N组成,主要物相为(Ti,Al)N,未发现Si3N4相;高温氧化后生成的致密氧化膜Al2O3提高了涂层高温抗氧化性,Si O2降低了涂层表面摩擦因数,结构疏松的Ti O2易导致涂层破裂和剥落;TiAlSiN涂层表面粗糙度高于基体表面粗糙度,磨痕表面Ti和Al元素出现贫集区,表明涂层被磨穿;在700、800和900℃下,涂层表面摩擦因数均在0.3左右,在700℃时磨损机制主要为氧化磨损和粘着磨损,在800℃和900℃时主要为氧化磨损,伴随着少量粘着磨损和磨粒磨损。     

金属陶瓷及硬质合金表面CVD/PVD涂层的摩擦与切削性能

为研究涂层沉积方式对金属陶瓷和硬质合金性能的影响,采用粉末冶金技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷和YT15硬质合金,在基体表面先后采用CVD和PVD制备涂层。采用SEM、EDS等手段对涂层的微观组织和元素含量进行分析,并对涂层试样进行划痕、摩擦因数、切削性能检测。结果表明,通过复合CVD+PVD工艺,CVD涂层和PVD涂层结合良好。不论是金属陶瓷还是硬质合金,CVD涂层的膜基结合力和摩擦因数均为最大,PVD涂层最小,复合CVD+PVD涂层介于两者之间。对于金属陶瓷和硬质合金而言,复合CVD+PVD涂层的切削性能最好,CVD涂层最差,PVD涂层介于两者之间。切削过程中的磨损机理主要是氧化磨损和磨粒磨损。     

GH864表面爆炸喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层的显微组织和高温摩擦性能研究

采用爆炸喷涂技术在GH864基体上制备了Cr_3C_2-Ni Cr/Ni Cr Al复合金属陶瓷涂层。运用HT-1000高温摩擦磨损实验机,以Si_3N_4陶瓷球为摩擦副对基体和涂层进行高温摩擦磨损实验。选用扫描电镜、能谱仪、X衍射等分析手段,研究了在GH864表面爆炸喷涂涂层的组织形貌、相组成及涂层和基体的高温摩擦行为。对800℃时涂层和基体摩擦性能进行研究。结果表明:该涂层组织致密呈叠层堆砌,其显微组织为Cr_3C_2硬质相及周围缝隙中充填的Ni Crγ相和少量的Cr_3C_2分解形成的Cr_7C_3相。涂层在高温下的磨损形式主要为磨粒磨损、疲劳磨损以及粘着磨损和氧化磨损,涂层中大量分布的具有热稳定性的Cr_3C_2硬质颗粒起主要的耐磨作用,复合涂层可提高GH864的高温耐磨性。     

离子氮化40Cr与TiN和TiAlN复合处理的组织与性能

对40Cr分别进行TiN和TiAlN涂层复合处理,对比研究了二者的组织与性能。结果表明,两种致密、均匀的涂层沉积在离子氮化表面能够降低表面粗糙度。TiN涂层的物相主要是TiN与Ti_2N,表面硬度达到2700 HV0.2,结合力15 N;Ti lN涂层则主要由Fe_4N、(Ti,Al)N和TiN等相组成,表面硬度达到3000 HV0.2,结合力为17 N;氮化与涂层的复合处理相比于氮化处理能够获得更高的硬度。TiN涂层硬度较低、脆性较大,在相同的加载条件下,磨损更为严重,磨痕边缘涂层变形与剥落更加明显;TiAlN涂层磨痕宽度均匀,磨损量低,耐磨性最高。     

高速电弧喷涂FeCrAl/Ni95Al复合涂层的性能

利用电弧喷涂技术在45钢基体表面制备了FeCrAl/Ni95 Al复合涂层,先喷涂Ni95Al打底层增强涂层的结合强度,FeCrAl涂层作为工作层.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪、拉伸试验机、显微硬度计和CETR微动摩擦磨损试验机研究了涂层的显微组织、力学性能及摩擦磨损性能.结果表明,复合涂层组织均匀致密,主要由Fe3Al金属间化合物、(Fe,Cr)固溶在涂层基体中.涂层结合强度为43 MPa,硬度值为530 HVO.1,涂层磨损失效形式为剥落和氧化磨损.     

Thermal and thermo-mechanical properties of Ti–Al–N and Cr–Al–N coatings

Metastable Ti–Al–N and Cr–Al–N coatings have been proven to be an effective wear protection due to their outstanding mechanical and thermal properties. Here, a comparative investigation of mechanical and thermal properties, for Ti–Al–N and Cr–Al–N coatings deposited by cathodic arc evaporation with the compositions (c-Ti_0.52Al_0.48N, c/w-Ti_0.34Al_0.66N and c-Cr_0.32Al_0.68N) widely used in industry, has been performed in detail. The hardness of Ti_0.52Al_0.48N and Ti_0.34Al_0.66N coatings during thermal annealing, after initially increasing to the maximum value of ~ 34.1 and 38.7 GPa with T_a up to 900 °C due to the precipitation of cubic Al-rich and Ti-rich domains, decreases with further elevated T_a, as the formation of w-AlN and coarsening of precipitated phases. A transformation to Cr₂N and finally Cr via N-loss in addition to w-AlN formation during annealing of the Cr_0.32Al_0.68N coating occurs, and thus results in a continuous decrease in hardness. Among our coatings, the mixed cubic-wurtzite Ti_0.34Al_0.66N coating exhibits the highest thermal hardness, but the worst oxidation resistance. The Cr_0.32Al_0.68N coating shows the best oxidation resistance due to the formation of dense protective α-Al₂O₃-rich and Cr₂O₃-rich layers, with only ~ 1.4 μm oxide scale thickness, after thermal exposure for 10 h at 1050 °C in ambient air, whereas Ti–Al–N coatings are already completely oxidized at 950 °C.     

SiC颗粒增强铝基复合材料基材上制备(Ti,Al)N涂层的研究

利用电弧离子镀技术在SiCp／2024Al基体上制备(Ti，Al)N涂层．研究了偏压对涂层的相组成、晶格常数和成分的影响及不同过渡层对涂层与基体结合性能的影响．结果表明，在较小偏压下，(Ti，Al)N涂层呈(111)择优取向；偏压在-150V时，涂层无择优取向；但随偏压继续升高，出现(200)和(220)择优取向．在添加Ti过渡层时，涂层与基体形成致密均匀的良好结合．同时通过设计梯度涂层，获得了厚度达105um的无裂纹(Ti，Al)N涂层．     

A comparative research on physical and mechanical properties of (Ti, Al)N and (Cr, Al)N PVD coatings with high Al content

Arc ion plating (Ti_0.34, Al_0.66)N and (Cr_0.28, Al_0.72)N coatings are deposited onto cemented carbide substrates at 350 °C. The crystal structure and microstructure of the deposited coatings are characterized by means of X-ray diffraction (XRD), electron probe microanalysis (EPMA), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). XRD examination indicates that both (Ti_0.34, Al_0.66)N and (Cr_0.28, Al_0.72)N coatings are of fcc structure. The atomic ratios of Al against Ti (Cr) for the two coatings are approximately close to those of the alloy targets according to EPMA measurement. In accordance with SEM observation, the fractured cross-section of the (Cr_0.28, Al_0.72)N coating is composed of columnar crystallites repeatedly interrupted by a renucleation process. Based on SEM and TEM methods, the cross-sectional fracture of (Ti_0.34, Al_0.66)N coating is found to show nano-crystalline feature without appearance of the columnar structure. (Cr_0.28, Al_0.72)N coating exhibits better wear resistance, approximately equal adhesion with the substrate, but lower nano-hardness compared with (Ti_0.55, Al_0.45)N coating.     

脉冲偏压对（Ti，Al）N／TiN／（Ti，Al）N多层复合涂层成分和硬度的影响

采用脉冲偏压多弧离子镀技术在Hss-Al高速钢上涂镀（Ti,Al）N/TiN/（Ti,Al）N多层复合涂层。所用设备为复合八阵弧离子镀膜生长系统。简要介绍了多层复合膜的镀层工艺过程。鉴于复合涂层中的Al含量对涂层的性能特别是抗磨损性能有极重要的影响。实验中重点考察了脉冲偏压幅对Al含量的影响。同时测试了复合涂层的Vickers硬度与偏压幅值的关系。研究结果推出,随着脉冲偏压幅值的增加,涂层中Al含量先增加,然后减少,偏压幅值为-150V时,Al含量高达36.41at%,偏压幅与涂声能显微硬度的关系有相似的规律,在偏压幅值为-150V时,7层复合膜的Vickers硬度达2750MPa左右,10层复合膜的硬度约2880MPa。