工艺参数对多弧离子镀TiAlN涂层铝含量和硬度的影响

为研究不同工艺参数对多弧离子镀制备TiAlN涂层性能的影响规律,设计了L9(3~4)正交试验表,并通过试验研究了弧电流、衬底负偏压、氮气/氩气流量比以及腔体压强对涂层Al含量和硬度的影响规律,得到了最佳工艺参数优化组合。结果表明:影响Al含量的因素按重要性排序依次是:腔体压强、氮气/氩气流量比、衬底负偏压、弧电流。影响涂层硬度的因素按重要性排序依次是:弧电流、氮气/氩气流量比、腔体压强、衬底负偏压。     

TiAlN涂层含Al量对力学性能和摩擦性能的影响

利用UMT-2高温摩擦磨损试验机、结合MFT-4000型多功能表面性能试验仪对比研究不同含Al量TiAlN涂层PVD涂层力学性能和加工汽轮机不锈钢材料的摩擦性能。结果表明,Al含量高的AlTiN涂层的抗剪和抗压强度均和整体力学性能比Al含量低的TiAlN涂层好;在摩擦过程中,TiAlN涂层不平稳,AlTiN摩擦过程平稳,摩擦系数低;切削试验表明Al含量高的AlTiN涂层更适于加工汽轮机不锈钢材料。     

TiAlN涂层刀具的发展与应用

TiAlN涂层作为一种新型涂层材料,具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性,有望部分或完全替代TiN,尤其适用于高速切削。文中对国内外TiAlN涂层刀具的发展与应用状况进行了综合评述,并着重分析了TiAlN涂层工艺及其切削性能。     

TiAlN涂层往复滑动的摩擦学性能研究

为研究硬质合金表面沉积的TiA lN涂层的摩擦学行为,在不同介质(干态、乳化液、冷却油)条件和试验参数(法向载荷和位移幅值)下,进行了往复滑动摩擦磨损试验。在动力学分析基础上,结合光学显微镜(OM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)等微观分析手段对摩擦学性能进行了研究。结果显示:在同样条件下,涂层在试验初期的摩擦因数较小;法向载荷增大,涂层的摩擦因数降低,而位移幅值对涂层摩擦因数的影响不明显;基体的磨损机制主要为磨粒磨损,而涂层剥落是剥层和氧化磨损共同作用的结果;在润滑条件下,涂层的摩擦学性能得到了很大的改善,使涂层寿命得到显著延长,其中冷却油的效果最明显。     

新型TiAlN涂层材料工艺与应用研究

运用物理气相沉积工艺在Ｍ２高速钢表面沉积了ＴｉＡｌＮ涂层材料，用ＳＥＭ和ＸＲＤ等方法对涂层组织结构进行分析，并对涂层的性能进行了测试，结果表明，涂层显微硬度和耐磨性随基体温度上升而提高；在一定范围内，涂层显微硬度和耐磨性随氮流量变化而有一最佳值。切削试验表明，涂镀ＴｉＡｌＮ的钻头使用寿命显著提高。     

离子镀TiAlN工具涂层的微结构与切削性能

研究并比较了TiAlN和TiN涂层的成分、微结构、力学性能与抗氧化性及涂层铣刀的高速切削性能和涂层钻头的切削性能。结果表明,TiAlN和TiN涂层同为单相的NaCl型结构,并都呈现择优取向的柱状晶,TiAlN涂层的硬度远高于TiN涂层的硬度,TiAlN涂层的抗氧化温度明显高于TiN涂层的抗氧化温度。在高速铣削条件下,TiAlN涂层铣刀的后刀面磨损速率仅为TiN涂层铣刀的约四分之一。在钻孔数相同时TiAlN涂层钻头的磨损量也显著低于TiN涂层钻头。TiAlN涂层刀具的使用寿命显著高于TiN涂层刀具。     

TiAlN，CrAlN和TiCrN涂层的制备及摩擦学性能研究

运用直流和射频磁控共溅射的方法制备TiAlN、CrAlN和TiCrN3种涂层,研究涂层的力学性能及在空气和水基切削液中的摩擦学性能,揭示其磨损机制。研究发现,Al元素主要以固溶体形式存在于TiAlN和CrAlN涂层内;3种涂层的显微硬度分别为HV719.3、HV1022.5和HV973.5。在空气中TiAlN、CrAlN和TiCrN涂层与SUS440C钢球对摩的稳态摩擦因数分别为1.25、1.14和1.31,TiAlN和CrAlN涂层的磨损机制主要是氧化磨损,而CrTiN涂层以磨粒磨损为主;而在水基切削液中3种涂层与SUS440C钢球对摩的摩擦因数明显降低,其对应的稳态摩擦因数分别为0.44、0.47和0.77,但磨痕上的划痕加剧,其磨损机制以磨粒磨损为主。     

新型TiAlN涂层铣刀的高速切削性能

分析了新型TiAlN涂层铣刀的高速切削性能 ,介绍了圆弧铣槽和螺旋铣孔两种高效铣削方法。     

TiAlN涂层刀具对40CrNi钢干切削性能的影响

采用电弧离子镀在YT15硬质合金可转位车刀上沉积TiAlN涂层,用该涂层刀具对40CrNi钢进行干切削试验,并对切削过程中的切削力、切削温度、切屑形态进行了分析研究。结果表明:切削速度对切削温度的影响最大,其次是进给量和背吃刀量;随着切削用量的改变,切向力比轴向力、径向力的变化趋势更明显;长环形螺旋屑排屑顺畅,不易缠绕刀具,散热性好,是粗、精加工较理想的切屑形态;随着切削温度的升高,切屑颜色逐渐变为深蓝色。     

溅射工艺参数对TiAlN薄膜力学性能及结构成分的影响

采用反应磁控溅射法和钛一铝镶嵌靶制备TiAlN薄膜;运用纳米压入硬度测试仪、划痕仪和能谱仪、X射线衍射仪等对薄膜进行表征;研究了制备工艺参数对薄膜力学性能、薄膜成分及组织结构的影响.结果表明:随着氮气分压增大,薄膜厚度降低,薄膜(111)取向减弱,(220)和(311)取向增强,薄膜中的氮原子含量逐渐增多,而钛、铝原子含量逐渐减少;随着基体偏压增大,薄膜纳米硬度和膜/基界面临界载荷均逐渐增大,纳米硬度最高可迭48.73 GPa,膜/基界面临界载荷最高可达40 N.     

激光熔敷工艺参数对刀具氮铝钛涂层性能的影响分析

采用不同的激光熔敷工艺参数,在9W18Cr4V高速钢刀具表面制备了氮铝钛涂层,并对涂层的显微组织、高温硬度和耐磨损性能进行了测试与分析。结果表明,随激光功率的增大,涂层的平均晶粒尺寸先基本不变后增大、高温硬度先增大后减小、耐磨损性能先提高后下降;随激光扫描速度的增快,涂层的平均晶粒尺寸先减小后基本不变、高温硬度先增大后减小、耐磨损性能先提高后下降。激光功率优选为3k W、扫描速度优选为5mm/s。     

Microstructure and Wear Properties Analysis of TiAlN Film Deposited on Cam Profile Using Ion Sputtering

In this study ion beam sputtering deposition was used as a new surface formation technology for strengthening cam surface during the manufacturing process of indexing cam mechanism. Phase exchanging deformation can be avoided in this manufacturing process. Compared to surface quenching processes, the shape accuracy and dimension accuracy can be improved using this method. The microstructure and properties of TiAlN composite film deposited on the profile surface of a cam (made of AISI 1045 steel) by ion beam sputtering deposition were discussed. The microstructural characterizations were analyzed by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). It is shown that the fundamental Bragg peak of {111} in TiAlN coatings increased with a bias voltage reduction. The grain size is about 1 μm. The friction coefficient was tested by a rotating wear tester at different loads and speeds. The minimum friction coefficient can be achieved at 0.187.     

TiAlN涂层耦合织构固体表面润湿性能研究

根据微米级表面织构的形貌参数对比分析2种润湿模型下接触角计算公式,采用飞秒激光系统在不锈钢表面加工4种形貌的表面织构,随后在织构化表面通过物理气相沉积TiAlN涂层沉积,得到"织构+TiAlN涂层"的表面。通过实验测量涂层沉积前后、表面织构加工前后固体表面接触角,确定适用于微米级尺度的润湿接触角计算模型,并分析不同测量条件下表面织构形貌参数影响织构化表面润湿性能的作用机制。结果表明:沉积的TiAlN涂层对不锈钢表面润湿性能的影响非常有限,表面织构形貌参数对润湿性能有一定的影响;在微米级尺度上,Wenzel接触状态下的接触角计算公式更适用,其计算结果也更接近织构化表面接触角的实际测量值;单个织构的方向性和多个织构间的排列方式对润湿性能影响较大,织构的投影长度越大,接触角越小,润湿性能也越差。     

TiAlN涂层刀具的抗高温特性研究

对生产中使用较多的多弧离子镀Ti0.45Al0.55N涂层进行了高温特性研究。采用SEM、EDS、XRD等方法考察了高温后的涂层表面并分析了涂层的失效机理,最后考察了温度对硬度的影响。结果表明:TiAlN涂层的最高抗氧化温度可达800℃;氧化及涂层与基体的热涨适配是涂层失效的主要原因;并得知TiAlN涂层刀具在高温下仍能保持高硬度。     

工件台转速对非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜的结构与性能影响

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备MoS2-Ti复合薄膜,研究了工件台转速对薄膜的结构和性能的影响.利用XRF和XRD分析薄膜的成分和晶相结构,用CSEM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的硬度和与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机和真空环模系统评价薄膜的真空摩擦磨损性能.结果表明:提高工件台转速改善了掺杂金属Ti在薄膜中的分布均匀性,起到了细化晶粒尺寸,使薄膜组织结构致密性加强的效果.工件台转速变化不影响薄膜成分,薄膜的晶相从明显的(002)基面优势取向向准晶态转变;薄膜的硬度、与基底间的附着力都随工件台转速的提高而增大;薄膜在真空环境中的减摩作用与工件台转速无关,摩擦因数平均值为0.02,波动范围为0.01～0.04,薄膜耐磨寿命随工件台转速提高而延长.     

沉积温度对非平衡磁控溅射MoS2-Ti复合薄膜的结构与性能影响研究

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备MoS2-Ti复合薄膜,研究了沉积温度对薄膜的结构和性能的影响。利用SEM、XRF和XRD分析薄膜的形貌、成分和晶相结构,用CSEM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的硬度和与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机和真空环模系统评价薄膜的真空摩擦磨损性能。结果表明:沉积温度升高薄膜中S和Mo原子比从1.72升高至1.76,Ti质量分数从8.2%降低至6.7%,薄膜从明显的(002)基面优势取向向多晶态转变,晶粒尺寸变大,棱面膜含量增多;薄膜的硬度、与基底间的附着力都随沉积温度的升高而降低,沉积温度为200℃时薄膜性能降低明显,硬度从4GPa降至2GPa,薄膜与基底间附着力从80mN以上降至35mN;薄膜在真空环境中的减摩作用不受沉积温度影响,摩擦因数平均值为0.02,波动范围为0.01～0.04,薄膜耐磨寿命随沉积温度升高而降低,50℃和100℃薄膜耐磨寿命相差不多,200℃薄膜样品耐磨寿命很差,是50℃和100℃薄膜样品的1/8～1/7。