空心阴极与多弧离子镀TiN涂层高速钢摩擦磨损特性的比较研究

本文用空心阴极和多弧离子镀方法在高速钢基体材料上制备了TiN涂层，研究评价了其摩擦磨损性能，并与刀具切削性能进行对比。结果表明：TiN涂层的摩擦磨损性能优于基体材料。从摩擦磨损机制上探讨了经TiN涂层的高速钢刀具比非涂层的刀具使用寿命明显延长，加工质量明显提高的原因。     

铝合金表面多弧离子镀TiN涂层的耐磨性能

采用多弧离子镀在ZL109铝合金表面进行了TiN涂层处理,并对涂层的载荷耐磨性进行了分析和讨论.结果表明,ZL109铝合金表面多弧离子镀TiN涂层后,其耐磨性得到明显提高.在1 N的载荷下,连续磨损90 min时,未镀膜试样的磨痕宽度几乎是TiN试样的2倍,镀有TiN膜试样的平均摩擦因数几乎是未镀样的50%.在2 N的载荷下,由磨痕的形貌和宽度随时间的变化可见,镀有TiN涂层的试样在磨损前期,主要以粘着磨损为主,在磨损后期以磨粒磨损为主.     

三种材料多弧离子镀TiN涂层性能比较

硬质ＴｉＮ薄膜广泛用作高速钢刀具有耐磨层,较少用于其他钢种。本文选择Ｗ６Ｍｏ６Ｃｒ４Ｖ２、３Ｃｒ２ＡＷ８Ｖ和ＧＣｒ１５三种材料用多弧离子设备沉积ＴｉＮ淫层,测定了涂 表面硬度、涂层与基体的结合力、ＴｉＮ涂层的结构及过渡层硬度分布。试验结果证明：只有选择在沉积温度下保持高的硬度及含有较多合金元素尤其是Ｖ元素的基本材料,才能获得良好的性能的ＴｉＮ涂层。     

高温下TiN涂层的摩擦与磨损行为

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了Ti N涂层,用高温摩擦磨损试验机考察Ti N涂层在500℃高温下摩擦-磨损行为。通过扫描电镜观察涂层表面-界面形貌和高温磨损后表面形貌,用XRD分析了Ti N涂层物相变化,并用EDS能谱仪对结合界面进行线扫描分析和磨痕进行面扫描分析,同时用工具显微镜观察了表面犁沟形貌,对Ti N涂层500℃下磨损机理进行探讨。结果表明,Ti N涂层在500℃磨损后发生高温氧化,Ti N涂层表面磨痕处主要以Ti O2为主,这些氧化层起到了润滑减摩的作用,适合于高速切削与干式切削;在5 N载荷作用下,Ti N涂层的摩擦系数平均值为0.7116;在高温下Ti N涂层表现为氧化磨损,同时伴随着一定的磨粒磨损和黏着磨损。     

多弧离子镀TiN涂层工艺及相结合

探讨了多弧离子镀技术中预轰击时间,氮分压和靶电流等对高速钢ＴｉＮ涂层的影响,结果表明,在不同的工艺条件下,ＴｉＮ涂层的相结构组成基本相同,但相对量不一样。当氮分压降低时或当预轰击时间延长时,涂层的硬度增大,耐磨性能改善。当靶电流减小时,涂层的硬度和耐磨性能降低。     

多弧离子镀沉积温度对TiN涂层性能的影响

在多弧离子镀设备上沉积了ＴｉＮ涂层,研究了不同沉积温度下ＴｉＮ涂层的表面硬度及与基体的结合力。实验结果表明,在保证基体材料不过热的前提下提高沉积温度,有利于提高ＴｉＮ涂层的性能。     

多弧离子镀TiN涂层工艺及相结构

探讨了多弧离子镀技术中预轰击时间、氮分压和靶电流等对高速钢ＴｉＮ涂层的影响。结果表明,在不同的工艺条件下,ＴｉＮ涂层的相结构组成基本相同,但相对量不一样。当氮分压降低时或当预轰击时间延长时,涂层的硬度增大,耐磨性能改善。当靶电流减小时,涂层的硬度和耐磨性能降低。     

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。     

多弧离子镀制备TiN/TiBN纳米复合涂层的结构和性能

为了满足复合材料高速切削加工的需要,用金属Ti靶和纯TiB2靶作为靶材料,在N2气氛下用多弧离子镀方法制备了TiN/TiBN纳米复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析涂层的组织结构、成分和表面形貌;利用显微硬度计、划痕仪和球盘摩擦仪分析调制周期对涂层力学性能的影响。结果表明:TiN/TiBN纳米复合涂层的调制周期范围为5.5~21nm,主要成分为晶相TiN、非晶BN和TiB2;调制周期对涂层的力学性能有较大的影响,随着调制周期的减小,硬度增加,调制周期最小时最大硬度达到29GPa;最大膜基结合力为88N,且所有样品均表现出较高的膜基结合力。随着转速的增大,摩擦因数与表面粗糙度两者表现出相同的变化趋势,摩擦因数最大值为0.31,其低摩擦因数与自润滑的BN相的存在有关。调制周期减少,界面积增加,TiN/TiBN纳米复合涂层的力学性能增强。     

多弧离子镀沉积Ti/TiN多层薄膜的摩擦磨损及电化学性能

软硬交替多层结构的薄膜因其优异的抗摩擦磨损性能和耐腐蚀特性使其在工程领域具有重要的应用价值。利用多弧离子镀在不锈钢和Si(100)表面沉积了Ti N单层薄膜和3种不同Ti/Ti N调制比的多层膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、CSM摩擦磨损试验机和电化学工作站分别分析了薄膜的结构特征、耐磨损性能和电化学性能。结果表明:多层膜层状结构明显,Ti N相出现(111)面择优取向;Ti与Ti N沉积时间比为1∶5的样品具有较低的摩擦因数(0.26)和磨损率(6.6×10–7 mm3·N–1·m–1);在3.5%Na Cl溶液中,多层膜样品的腐蚀电流密度较不锈钢基体降低了两个数量级,腐蚀电位较不锈钢基体明显提高,表明多层膜可以提高不锈钢基体的耐腐蚀性。     

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20.6 nm,显微硬度达到2808 HK.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57.52 N.     

Mo+C离子注入多弧离子镀TiN薄膜研究

Mo+C离子注入TiN薄膜后,在TiN薄膜注入层形成纳米纤维结构.纳米纤维丛排列整齐,结构完整,长度较长,均匀弥散在TiN晶体中.在距离表面深度为50～150 nm的区域,也能够产生TiN纳米纤维,但长度较短,排列基本规则.能谱分析显示,注入能量为80 keV的Mo离子注入TiN薄膜表面内的注人投影射程为50 Tim左右,但离子注入的影响区域远大于投影射程;新生成的纳米纤维丛为富Mo相,Mo含量为17%～25%.Mo+C二元注入的表面强化效果优于Mo一元注入,较高剂量的Mo+C注入条件下,TiN薄膜表面显微硬度更高.     

梯度基体负偏压真空多弧离子镀沉积TiN涂层及其力学性能

目的通过梯度基体负偏压沉积工艺,获得综合性能优良的Ti N涂层。方法采用多弧离子镀工艺,在0~-180 V连续变化的梯度基体负偏压参数下沉积梯度Ti N涂层。通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层的物相结构和形貌进行分析,通过纳米压痕和纳米划痕对涂层的力学性能进行系统研究。结果与无梯度沉积的涂层相比,梯度基体负偏压沉积Ti N涂层的(111)晶面衍射峰减小,厚度增加,表明涂层的沉积速率增大。经测试,梯度涂层的断裂临界载荷L_(c2)=215.21 m N,硬度值H=31.2GPa,弹性模量E=498 GPa,塑性变形临界载荷L_y=81.65 m N;无梯度沉积涂层的L_(c2)=248.63 m N,H=29.6 GPa,E=452 GPa,L_y=23.39 m N。二者相比之下,梯度涂层虽然断裂临界载荷有所减小,但硬度值和弹性模量均有所增大,并且塑性增大,塑性变形临界载荷大幅增加,综合力学性能提高。结论梯度基体负偏压沉积工艺改变了常规的单一参数设置,在沉积过程中,基体负偏压对涂层生长的影响不断改变,获得的涂层具有结构上的梯度变化,从而力学性能得到了改善。     

TiN多弧离子镀涂层质量与X射线衍射图谱

对ＴｉＮ多弧离子镀涂层的质量和性能进行了试验与分析。试验结果表明：涂层的质量和性能与Ｘ射线衍射图谱之间存在着对应关系,在Ｘ射线衍射图谱中具有强烈ＴｉＮ（１１１）择优取向的涂层表面光亮、结合强度高、硬度高、面磨性好。     

多弧离子镀TiN低温涂层的研究

研究了在多弧离子镀设备中，在低温（３５０℃以下）沉积的ＴｉＮ涂层的特点，性能及应用。经Ｘ射线衍射分析和扫描观察电子探针等测定，低温ＴｉＮ涂层具有单相ＴｉＮ结构，涂层表面有粒度大小不一的颗粒，断口呈细密纤维形貌。低温ＴｉＮ涂层有良好的耐磨性和使用性能。     

阴极离子镀TiN涂层组织结构与结合强度

采用阴极离子镀方法在YT14硬质合金刀具表面制备了Ti N涂层,通过SEM、EDS和XPS等手段对涂层表面-界面形貌、界面化学元素线扫描和元素价态进行了分析,并用划痕法定量表征其界面层结合强度。结果表明,涂层呈细小致密结构,与基体紧密结合,未观察到裂纹现象;基体表面C原子以间隙扩散和空位扩散方式进入Ti N涂层中,O原子占领或替代Ti N涂层中N原子,形成结合较强的Ti-O键以及Ti-O-N化合物,验证了Ti原子和O原子具有很强的亲和力;涂层-基体界面为化合和扩散结合形式,其结合强度为40.95 N,有利于提高硬质合金刀具的使用寿命。     

低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能比较

采用低温磁控溅射和普通多弧离子镀分别在冷作模具钢基体上制备了TiN薄膜，用纳米压痕法测量了薄膜的表面硬度，并比较了低温磁控溅射与普通多弧离子镀TiN薄膜的摩擦学性能。试验表明，低温磁控溅射TiN薄膜具有与普通多弧离子镀TiN薄膜相近的表面硬度，在多种试验条件下，低温磁控溅射TiN薄膜都有较好的摩擦学性能，摩擦副的磨损率低，摩擦因数小且变化平稳，磨损表面光滑。     

负偏压对多弧离子镀TiN薄膜的影响

采用不同偏压,在201不锈钢表面进行多弧离子镀TiN薄膜,研究了偏压对薄膜表面形貌、硬度、相结构及耐蚀性的影响.研究表明:薄膜表面存在着许多液滴颗粒,随着偏压的增加,液滴减少,但过大的偏压会使表面出现凹坑;薄膜的显微硬度随偏压的升高先增大后减小,偏压为-200 V时的本征硬度为2 195HV;在3.5％的NaCl溶液中...