钨含量和摩擦条件对掺钨DLC涂层摩擦性能的影响

考察钨含量和摩擦条件对掺钨DLC涂层摩擦性能的影响。结果发现:随着钨含量的增加,DLC涂层摩擦系数明显增加;钨含量为3.1%(原子分数)的掺钨DLC涂层的耐磨性最好。在干摩擦条件下,低钨含量的DLC涂层摩擦系数随着载荷的增加而有所增加,高钨含量的DLC涂层在高载荷时具有较低的摩擦系数;高钨含量的DLC涂层的摩擦系数随着转速的增加而增加,但转速对纯DLC涂层的摩擦系数影响很小。掺钨DLC涂层的磨损主要是由Si3N4球压入试样表面时涂层在变形过程中的微观断裂和剥落引起的。     

PVD涂层技术制备类金刚石薄膜及性能研究综述

介绍了采用物理气相沉积(PVD)技术制备类金刚石涂层的方法,进而论述了涂层的摩擦磨损和结合力等性能的研究现状和发展前景。分析并综述了类金刚石涂层的技术发展,以及制备类金刚石薄膜的方法和影响其性能的多种要素。表面涂有类金刚石薄膜的工件具有较高的硬度、良好的热传导率、极低的摩擦系数、优异的电绝缘性能等。类金刚石薄膜(DLC Films)是近年来兴起的一种以sp3和sp2键的形式结合生成的亚稳态材料,因其优异的减摩和抗磨性能,在摩擦学领域获得了广泛应用,是一种与金刚石涂层性能相似的新型薄膜材料。DLC涂层的性能研究大多集中在它的摩擦学特性和结合力性能,并且作为优质的涂层材料已被广泛应用于汽车、模具、刀具等领域。     

DLC膜涂层硬质合金刀具的研究进展

类金刚石(DLC)膜涂层刀具的硬度高、摩擦系数低、耐摩擦和耐腐蚀性能强、抗粘结性能好,并且可以用来制作复杂、异型刀具,是未来刀具的一个重要发展方向。本文介绍了DLC膜的表面显微结构和Raman光谱并列举了DLC的制备方法 (包括磁控溅射、离子束沉积、脉冲激光沉积、真空阴极电弧沉积、等离子体增强型化学气相沉积)与分类。从酸蚀法、施加过渡层、表面微喷砂处理和掺杂4个方面分析如何提高膜基结合力,探讨了DLC膜的摩擦性能受湿度、温度和加工条件的影响。例举了几个国内外DLC涂层硬质合金刀具的使用范例,指出了目前研究工作的不足之处,提出了下一步研究工作的重点是优化DLC膜的制备工艺、提高膜基结合力和热稳定性以及加强DLC涂层硬质合金刀具的磨损机理研究。     

加工铝合金用DLC涂层DS1100系列

加工铝合金用类金刚石碳（DLC）涂层DS1100系列是日本Tungaloy和OSG两家公司进行资本和业务合作的成果之一,是通过尖端技术合作而诞生的新产品,其特点是：①具有优异的抗粘刀性能和高润滑性能;②在铝合金的切削加工中,与AJ型断屑槽型的优化组合,使刀具具有优异的切削性能。     

硬质合金微细刀具多种硬质涂层的研究

不同的刀具涂层具有不同的特性,为了寻找一种综合性能适用于微细刀具表面涂覆的涂层,本文在微细刀具基体材料硬质合金表面涂覆了包括微米金刚石(MCD)、纳米金刚石(NCD)、微纳米金刚石(MNCD)、普通类金刚石(DLC),含氢类金刚石(DLC-H)、四面体非晶碳类金刚石(TaC)薄膜及其复合薄膜在内的16种硬质薄膜。采用扫描电镜、三维白光干涉仪、洛氏硬度计、自制动载荷冲击试验机和摩擦磨损实验机分别表征了薄膜的微观表面和截面形貌、表面粗糙度、静和动载膜基结合强度及干摩擦学性能。实验发现,TaC薄膜虽在静和动载荷作用下,其膜基结合强度逊于DLC和DLC-H薄膜,但其表面光洁度,摩擦学性能明显优于DLC和DLC-H薄膜,可作为优秀的表面涂层。同时,将TaC薄膜与MNCD薄膜相结合,所得的MNCD+TaC薄膜兼具了底层MCD耐磨,中间NCD吸收冲击载荷,表层TaC薄膜光洁的优点,在所有薄膜中具有最低的摩擦系数和磨损率。     

涂层技术与现代切削刀具的互动发展

近几年来,在经济全球化背景下,我国的制造业获得了空前发展的机遇,而现代切削刀具成了提升制造业技术水平的关键因素之一,不断提高的切削加工要求和被加工材料的能级以及减少切削加工对环境污染等有力地推动了用于现代切削刀具涂层技术的发展.膜系材料多元合金化,涂层工艺组合的多样化中出现的TiAlN、TiAlCN、CrSiN等多元复合涂层和多层涂使刀具获得了高耐磨、低摩擦、热稳定性好和抗氧化能力强等良好的综合性能,大大提升了现代切削刀具的性能;纳米组分和纳米薄膜涂层的显微结构使得难加工材料的切削得到了新的解决办法;金刚石涂层和类金刚石涂层(DLC)在加工石墨零件和纤维增强等非金属材料和有色合金材料方面取得了良好的效果.为适应涂层工艺的发展,涂层的工艺装备亦实现了集成化、模块化和智能化.使涂层技术日趋个性化.涂层技术的发展也使现代切削刀具发展为一项高技术含量的产品,充分体现了两者发展的互动性.     

两种DLC涂层对ZL108铝合金干式铣削性能的影响

目的 比较分析氢元素对类金刚石涂层摩擦性能的影响,研究含氢和无氢DLC涂层在铣削ZL108铝合金时的切削性能。方法 分别采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和磁控溅射物理气相沉积（MS）制备含氢和无氢DLC涂层,并采用三维形貌仪对涂层基片表面形貌进行表征,通过切削实验分析两种涂层铣刀的切削性能。结果 MS制备的无氢DLC涂层结构致密,无凹坑、针眼等缺陷。在摩擦磨损试验时发现,无氢DLC涂层磨损率（3.58×10–6 mm3/N）明显小于含氢DLC涂层（4.62×10–6 mm3/N）,即无氢DLC涂层的耐磨性能更好。结论 采用MS制备的无氢DLC涂层,表面无明显缺陷,并且具有更优异的摩擦性能。在铣削ZL108铝合金时,减摩性、耐磨性以及抗粘附性能均比含氢DLC涂层铣刀表现得更加优异,被加工的铝合金表面质量更好,产生的切屑表面更加光滑。     

镍基涂层/碳基薄膜复合体系磨蚀行为

利用非平衡磁控溅射技术在316L不锈钢基底和316L不锈钢基底喷焊Ni60C涂层表面分别制备a-C、a-C:H、a-C:Cr3种类金刚石碳基(DLC)薄膜,对比分析了不同防护体系在5%H_2SO_4(质量分数)溶液中的耐磨蚀性能。结果表明:较单层DLC薄膜,Ni60C/DLC复合体系膜-基结合强度大幅提高,腐蚀磨损性能显著改善,其摩擦系数在0.05～0.14之间,腐蚀磨损率在0.66×10~(-8)～5.7×10~(-8) mm~3/N·m之间。Ni60C涂层作为硬质支撑层提高了薄膜的承载能力,且有效抑制了腐蚀摩擦过程中碳基(DLC)薄膜的石墨化进程,提高了Ni60C/DLC复合体系耐磨蚀性能。     

不同掺杂设计对类金刚石涂层海水环境摩擦学性能的影响

采用UDP650型闭合场非平衡磁控溅射系统在硅片及316不锈钢基底表面制备了不同掺杂设计的类金刚石涂层(DLC、Cr/DLC和WC/DLC),通过SEM、Raman、硬度仪和划痕仪研究了涂层的结构及力学性能,利用多功能摩擦试验机考察了涂层在大气及海水环境下的摩擦学性能。结果表明,Cr或WC掺杂能显著促进DLC涂层的石墨化,同时提高涂层的结合力及韧性。在摩擦磨损试验中,由于海水的润滑作用,3种涂层在海水环境下的摩擦因数及磨损率均低于大气环境。同时,WC/DLC在3种涂层中表现出最佳的摩擦学性能,这取决于其高的石墨化程度,良好的结合力及优异的韧性。     

梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石膜的耐磨性影响

目的分析不同类型的梯度过渡层对硬质合金沉积类金刚石涂层耐磨性能的影响,制备出能有效改善硬质合金减摩抗磨性能的类金刚石涂层。方法采用真空阴极电弧离子镀和等离子体增强化学沉积技术,在硬质合金基底上制备了Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型的Ti多元梯度过渡类金刚石涂层。通过GNEHM-150型洛氏硬度计和电子显微镜、MFT-4000多功能材料表面性能试验仪、纳米硬度测试仪,分别评价不同类型多元梯度过渡层对硬质合金类金刚石涂层的膜基结合强度、摩擦磨损性能及纳米硬度。结果 Ti/TiC/DLC、Ti/TiN/DLC、Ti/TiN/TiNC/DLC和Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC四种类型涂层的膜基结合强度等级分别为HF3-HF4、HF5-HF6、HF1-HF2、HF1,对两种膜基结合强度较好的涂层(Ti/TiN/TiNC/DLC、Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC)进行摩擦磨损检测,其摩擦系数分别为0.2、0.1,且经过60 min对摩,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC涂层仍未出现明显剥落。结论梯度过渡层的类型对薄膜的膜基结合强度、摩擦性能有较明显的影响,Ti/TiN/TiNC/TiC/DLC结构的涂层膜基结合强度最好,具有最低的摩擦系数,表现出了优异的减摩抗磨性能,可有效改善硬质合金表面的耐磨性能。     

PCB微钻不同金刚石涂层加工性能的研究

本文讨论了在微钻加工PCB板时化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜的优化问题。首先进行了微米金刚石(MCD)薄膜、纳米金刚石(NCD)薄膜、硬质合金与PCB板的摩擦实验,通过观察磨损后的表面形貌及对磨损区域的化学元素分析,对比研究不同类型薄膜与PCB板的摩擦磨损特性;随后对MCD涂层、NCD涂层、类金刚石(DLC)薄膜涂层以及未涂层刀具进行了钻削PCB板的实验,研究不同类型薄膜微钻时的工作寿命与钻孔质量,综合比较微钻切削性能并优化薄膜类型。得到了以下结论:摩擦试验表明NCD-PCB摩擦对的摩擦系数最低(0.35),PCB板去除率最高;微钻实验的对比发现NCD涂层微钻的切削性能优异。在加工PCB板时,NCD薄膜最适应PCB板复杂的加工特性,是PCB微钻优良的硬质涂层。     

类金刚石碳耐磨涂层的脉冲激光沉积评述

脉冲激光沉积(PLD)是一种新兴技术,现已能生产出抗滑动磨损的尖金刚石涂层(DLC)。本文介绍了控制DLC涂层生长的特征参数,其中包括:激光脉冲能量密度和波长、靶材和基体温度。重点研究了分别用石墨和聚碳酸脂靶材激光蒸镀制得的无氢DLC和含氢DLC涂层(H:DLC)的力学性能、摩擦性能和磨损性能。讨论了上述两种涂层以磨痕内富SP~2传递膜的形成为主的摩擦和磨损机制。DLC涂层的硬度可达70 GPa,摩擦系数约0.1,磨损率较陶瓷涂层低几个数量级。还讨论了将DLC涂层组合成先进的涂层结构以改善高接触载荷下的磨损。这种先进涂层结构包括复合DLC/H:DLC涂层、功能梯度Ti-TiC-DLC涂层和高接触载荷下耐磨的多层超微Ti-DLC复合涂层。这些涂层已提高了接触压力高于1GPa的韧性和抗DLC涂层开裂与剥落。结论部分指出了PLD生长的DLC涂层在耐磨方面的应用潜力。     

类金刚石膜对CoCrMo合金摩擦性能的影响

目的研究类金刚石膜(DLC)在不同工况条件下的摩擦性能。方法使用磁控溅射技术,在CoCrMo合金表面沉积掺杂Cr元素的DLC薄膜。通过X射线衍射能谱和拉曼光谱对DLC膜表面的化学成分进行分析,采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察DLC膜的表面形貌,借助摩擦试验仪测试DLC膜在不同工况条件下的摩擦性能。结果薄膜表面呈现颗粒状结构,且薄膜表面粗糙度在10 nm左右,物相分析表明,DLC薄膜为非晶化结构。在牛血清白蛋白(BSA)和NaCl溶液润滑条件下,DLC/CoCrMo摩擦副的平均摩擦系数(COF)分别趋于0.08,磨损区域存在少量的刮痕;而在干摩擦条件下,摩擦系数曲线表现出由高到低的变化趋势,平均摩擦系数约为0.21,同时在销磨损表面能观察到石墨化转移层。当接触压力为1 MPa时,平均摩擦系数约为0.10;接触压力增加至8 MPa时,平均摩擦系数约为0.08。结论润滑条件下,DLC膜表面悬键被钝化,减小其与配副表面之间的相互作用力,因此摩擦系数较低;干摩擦条件下,石墨化转移层充当固体润滑层,最终导致摩擦系数呈现下降趋势。DLC薄膜对摩擦配副具有明显的减摩效果。     

等离子体喷涂Sn和ZrO2涂层／U-Nb合金摩擦副的摩擦性能

探讨了用等离子体喷涂方法制备改善与U-Nb合金之间摩擦性能的减摩层的可行性。比较了U-Nb合金在涂层表面滑动时Sn软涂层，Sn／ZrO2双涂层，ZrO2硬涂层和ZrO2中加入Sn的混合涂层的摩擦特性。结果表明，表层为Sn的单涂层和Sn／ZrO2双涂层的摩擦性能相近，Sn单涂层的摩擦系数最低。ZrO2硬涂层一直保持着较高的摩擦系数，在ZrO2中加入Sn后，涂层的摩擦系数没有得到有效改善。用等离子体喷涂方法制备的ZrO2硬涂层不适合作U-Nb合金的减摩层。切削是Sn、Sn／ZrO2、Sn ZrO2、ZrO2的涂层与U-Nb合金之间主要的摩擦机理。     

中科院宁波材料所在硬质防护涂层研究方面取得进展

正以三元TiAlN为代表的TiN基刀具防护涂层,由于具有硬度高、抗氧化好、高温时效硬化等优点,一直是国内外刀具涂层的主流产品。但是,该类涂层在切削时,由于摩擦系数较大,导致切削力大、切削温度高,工件表面光洁度差,不利于难加工材料(如钛、镍合金等)的切削加工或是普通材料的干式切削。近年来,VN基涂层由于具有显著的中高温自润滑能力,被广泛地引入到多元氮化物涂层(TiAlVN、AlCrVN)及纳米叠层式涂层(TiAlN/VN),获得了较好的     

304不锈钢管内壁沉积耐磨防腐DLC涂层

目的 将HiPIMS电源应用于PECVD技术,在304不锈钢管内壁沉积DLC涂层,以提高其机械、耐蚀及摩擦学性能。方法 将HiPIMS电源应用于PECVD技术,并利用空心阴极放电效应在管道内产生高密度等离子体,沉积DLC涂层。通过拉曼光谱、扫描电子显微镜和EDS对DLC涂层的结构和成分进行表征,并通过纳米压痕测试、划痕试验、静态极化曲线和摩擦磨损试验,分别评价304不锈钢管基底和DLC涂层的硬度、膜基结合力、耐腐蚀性能、摩擦学性能和耐磨性。结果 HiPIMS电源应用于PECVD技术可在304不锈钢管内壁沉积DLC涂层。DLC涂层的厚度可达5.60~10.26 μm,硬度可达10~15 GPa,与304管内壁的结合力（Lc2）均大于7 N。DLC涂层的腐蚀电流密度较304不锈钢管基底降低了一个数量级,腐蚀电位也发生了正移。DLC涂层具有良好的润滑效果,摩擦系数低至0.06~0.18,磨损率低至2.5×10-7~8.1× 10-7 mm3/(N?m),远低于304不锈钢管基底的磨损率（80×10-7 mm3/(N?m)）。结论 将HiPIMS电源应用于PECVD技术在304不锈钢内壁沉积的DLC涂层具有较高的硬度,与304不锈钢管内壁具有较高的结合力,同时具有优异的耐腐蚀性能和耐磨性以及良好的润滑作用。HiPIMS电源应用于PECVD技术有望应用更长管道内壁DLC涂层的制备。     

石墨烯涂层刀具的研究现状

针对高效干式切削加工中润滑能力不足,将自润滑性能优良的石墨烯粒子原位生长或者以复合材料的形式沉积于硬质合金刀具基体表面,有望弥补传统干切削中刀具使用寿命和加工性能偏低的不足。介绍了石墨烯材料在金属切削刀具领域中的研究和应用的现状,解读使用不同的工艺制备方法获得原生石墨烯涂层或者石墨烯复合超硬材料,并用其进行金属切削加工和摩擦磨损的试验。结果表明：石墨烯涂层刀具具备优良的润滑性能,能有效降低刀具的摩擦因数和磨损率,提高其使用寿命。     

切削刀具表面涂层及耐磨性能研究

采用磁控溅射的方法,在通用高速钢切削刀具W6Mo5Cr4V2基材上制备了CrAlTiN涂层,研究了不同氧化温度下涂层的表面形貌、摩擦系数、硬度、结合力和抗摩擦磨损性能。结果表明,切削刀具表面CrAlTiN涂层的组织均匀致密,没有发现明显气孔或者裂纹缺陷的存在,CrAlTiN涂层厚度约为2.4μm,涂层与基体界面结合良好;随着氧化温度的升高,涂层的磨损率逐渐升高,在氧化温度为400℃以下时涂层的磨损率变化并不明显,而在氧化温度高于400℃时涂层的磨损率增加幅度较大;CrAlTiN涂层适宜的使用温度为700℃以下,此时的涂层具有良好的抗热摩擦磨损性能。     

超硬纳微米 PVD 涂层技术在刀具领域的应用及研究进展

介绍了物理气相沉积(PVD)技术的原理、特点和真空蒸镀、溅射镀和离子镀之间的优缺点,从二元涂层、多元涂层、多层涂层和纳米多层复合涂层等4种类别上介绍了PVD涂层技术在切削刀具上的广泛应用。在查阅和整理大量文献资料的基础上,也结合笔者多年从事PVD技术的研究与应用心得,从提高切削刀具的寿命这一重要角度出发,阐述了国内外超硬纳微米PVD涂层技术在切削刀具应用领域的研究进展,并对多元涂层、多层涂层及涂层的纳米化也进行了较为详细地论述。切削刀具表面采用物理气相沉积涂层技术能使刀具获得优异的综合性能,从而显著提高切削刀具的使用寿命,降低生产成本,大幅提高机械加工效率。最后展望了物理气相沉积涂层技术未来将在超硬切削(包括模具钢、淬硬钢等硬度超过HRC55以上的铣削加工)、难加工材料切削(包括高温合金、钛合金、不锈钢等)、石墨和碳纤维等复合材料加工和有色金属的高速切削加工(包括铝合金、铜合金、镍等)的广泛应用。     

域外科技

Cluster Sciences公司开发出切削刀具表面处理新技术据Cluster Sciences公司创始人Rick Becker介绍,该公司最近开发了一种切削刀具表面处理新技术。该技术是作为类金刚石涂层(DLC)和其他刀具涂层的替代技术而开发的,它实际上是利用固态的纳米结构硼原子团对刀具表面进行改性处理。这种纳米材料是