不同厚度TiN和TiAlN涂层残留应力分析

TiN和TiAlN涂层常应用于精冲模,采用XRD技术分析了不同厚度TiN和TiAlN涂层的相变化,并采用Sin2ψ法测量了TiN涂层和基体以及TiAlN基体的残留应力,应用显微硬度计测量了涂层的显微硬度。结果表明:TiN涂层(111)和(222)晶面存在明显择优取向,涂层残留应力分布在-2 347～-1 920MPa,基体残留应力分布在-154.9～-69.21 MPa,均随厚度增加而减小;TiAlN涂层主要相成分为Ti3Al3N2,且(107)晶面存在择优取向,基体残留应力分布在-123.7～469.5 MPa,主要呈拉应力状态,且随厚度增加而增大,对模具寿命有较大影响;TiN和TiAlN涂层显微硬度随厚度增加而增大。     

硬质合金微型钻头金刚石涂层预处理工艺对其断裂强度的影响

系统研究了直径为0.5mm的细晶粒微型钻头金刚石涂层前预处理工艺对其断裂强度的影响,并尝试使用线形同轴耦合式微波等离子体CVD方法对预处理后的微型钻头进行了金刚石涂层.其中,预处理采用Murakami溶液(10gKOH 10gK3[Fe(CN)6] 100gH2O)对微型钻头进行表面侵蚀,使其表面适当粗化;其后采用硫酸-双氧水溶液(10mL 98wt% H2SO4 100mL 38%m/v H2O2)对微型钻头表面进行侵蚀,以去除其表面的Co.实验表明,被广泛采用的上述两步法表面预处理技术对尺寸较小的硬质合金微型钻头的断裂强度会造成显著的影响.即使是很短时间的预处理,也会对硬质合金表面造成显著的损伤,引起微型钻头断裂强度的大幅度下降.其中,酸处理过程由于会引起表层组织疏松,其造成的断裂强度的下降更为严重.这表明,两步法预处理方法并不适用于尺寸较小的硬质合金工具.针对小截面硬质合金工具金刚石涂层的需求,需要发展更为适用的表面预处理方法.     

基体偏压对TiAlN涂层性能的影响

基体偏压是多弧离子镀沉积TiAlN涂层工艺中的一个重要参数,它对涂层的结构以及涂层生长速度有重要影响.通过改变沉积过程中的基体偏压,发现TiAlN涂层表面熔滴的密度和直径随基体负偏压的增加而减小,涂层的显微硬度随着基体负偏压的增加而增加,孔隙率随着基体负偏压的升高而降低.     

TiAlN涂层高速钢刀具的制备及钻削性能研究

研究综合采用了电子枪等离子增强、非平衡磁控溅射和多弧离子镀3种物理气相沉积(PVD)技术,在高速钢麻花钻上沉积TiAlN单层涂层。对涂层的硬度、涂层与基体的结合强度、微观形貌进行了测试及分析,并将TiAlN涂层高速钢麻花钻对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行干态钻削试验。结果表明,在高速钢麻花钻基体上所制备的TiAlN涂层具有良好的力学性能,可以使高速钢麻花钻的使用寿命提高4倍以上。     

Al含量对TiAlN涂层结合强度的影响

采用阴极电弧蒸发工艺在WC-6Co硬质合金表面制备Ti0.5Al0.5N、Ti0.45Al0.55N和Ti0.4Al0.6N涂层,采用声发射划痕仪测定涂层的结合强度。研究了Al含量对TiAlN涂层结合强度的影响及机理,并分析了TiAlN涂层的失效模式。结果表明,随Al含量增加,Ti1-xAlxN(x=0.5~0.6)涂层结合强度下降。TiAlN涂层结合强度受涂层残余应力与膜基硬度差的影响。Ti0.5Al0.5N涂层残余应力较小,且膜基差异性最小,结合强度最高。Ti0.5Al0.5N和Ti0.45Al0.55N涂层均为楔形剥落,Ti0.4Al0.6N涂层则为屈曲剥落。Al含量增加降低TiAlN涂层结合力,但有利于改善涂层韧性。Ti0.4Al0.6N涂层因含少量较软的h-Al N相,其韧性明显提高。     

等离子体溅射对微型钻头表面ta-C涂层结合特性及摩擦性能的影响

无氢类金刚石涂层（ta-C）常用于提高刀具表面润滑性，提升极细微型钻头的排屑性能，降低断刀率。但ta-C涂层内应力大，与硬质合金钻头间的结合力较差，等离子溅射是提升涂层与基体之间结合力的有效方法。本文利用离子源产生的氩离子对硬质合金微型钻头和样块表面进行等离子体溅射，研究基体电流密度对基体表面形貌的影响；再利用阴极弧技术在等离子体溅射后的硬质合金表面制备ta-C涂层，研究不同溅射基体电流密度对ta-C涂层结合特性的影响。利用球盘式摩擦磨损试验机对溅射后的硬质合金表面以及ta-C涂层摩擦系数进行测试。通过钻孔测试，研究钻孔过程中基体电流密度对涂层与基体结合特性以及涂层微型钻头断刀率的影响。结果表明，随着溅射基体电流密度的增加，基体表面钴含量逐渐减少。压痕测试结果显示，合理的溅射基体电流密度（19.1 mA/cm2）下，可得到高结合力等级（HF1）。高结合力等级的ta-C涂层，摩擦系数最低为0.096。涂层钻头加工通信印制电路板1000孔后，高结合力ta-C涂层钻头的槽内涂层无异常脱落，测试1000支后无断刀。     

Al含量对TiAlN涂层结构及性能的影响

目的 系统研究Al含量对TiAlN涂层结构以及硬度、热稳定性、抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响.方法 利用阴极弧蒸发技术,采用Ti、Ti50Al50、Ti40Al60和Ti33Al67靶材制备出4种Ti1–xAlxN涂层.分别利用能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重分...     

TiAlN刀具涂层影响因素的研究

通过正交实验获得了Ti50Al50N涂层的最佳工艺参数和各个工艺因素对其性能的影响,在此最佳工艺的同一条件下制备了不同Al含量的TiAlN涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能进行了表征和测量。结果表明:随着Al含量的增加,硬度和弹性模量逐渐增加。当Al含量为40%时,硬度和弹性模量达最大值分别达到38、392 GPa;进一步增加Al含量,硬度和弹性模量不断降低。     

沉积时间和靶电流比例对磁控溅射TiAlN涂层耐磨性的影响研究

采用磁控溅射工艺在WC-8Co硬质合金基体表面制备了一层厚度分别为2.5μm、3μm和3.5μm的TiAlN涂层,并制备了不同Ti、Al比例的TiAlN涂层,利用摩擦磨损机考察了涂层的承载能力和摩擦学性能,通过扫描电子显微镜观察了磨损试件的表面形貌,通过摩擦系数和显微组织的演变来评价不同成分和不同厚度TiAlN涂层的摩擦学性能。结果表明,随着涂层厚度的增加,涂层的摩擦系数降低,涂层更不易被磨穿,表明在一定范围内增加涂层厚度有利于提高涂层的耐磨损性能;涂层的成分发生改变时,由于Ti、Al元素的共同作用,呈现不同的摩擦性能,当TiAl比例为50：50时,涂层的耐磨性最好。     

模具钢TiAlN和TiAlSiN涂层的制备及性能

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在H13(4Cr5MoSiVl)热作模具钢和Cr12MoV冷作模具钢表面制备了TiAlN和TiAlSiN涂层.通过X射线衍射仪、扫描电镜、划痕仪和电化学工作站等分析了TiAlN和TiAlSiN涂层的微观结构、形貌和综合性能.结果表明:涂层表面较平整致密,截面无明显裂纹、孔洞等缺...     

脉冲偏压占空比对电弧离子镀TiAlN涂层的影响

通过优化电弧离子镀工艺参数改善TiAlN涂层结构及性能对TiAlN涂层应用具有重要的实用价值。本文利用脉冲偏压电弧离子镀制备了TiAlN涂层,研究了偏压占空比对TiAlN涂层结构及性能的影响,结果发现：随着占空比增加,涂层表面缺陷密度和表面粗糙度先降低后增大,占空比为70%时,制备的涂层表面缺陷密度和表面粗糙度最低。随着占空比增加,涂层的硬度和耐磨性得到明显改善,但占空比超过50%后继续增加占空比反而降低了涂层的硬度和耐磨性。TiAlN涂层与Si3N4球对磨时的主要磨损机制为黏着磨损和氧化磨损。     

40Cr钢表面离子镀TiAlN涂层的膜基结合力研究

采用多弧离子镀的方法在齿轮材料40Cr钢基体表面上制备TiAlN涂层,分析了工艺参数对涂层与基体结合力的影响。结果表明,随着基体负偏压的增加,膜基结合力增强,当超过某一最大值时膜基结合力会逐渐下降。随着N_2分压的增加,膜基结合力逐渐增强。     

痕法测定 TiAlN 涂层结合强度的研究

采用磁控溅射法在不锈钢表面制备了TiAlN涂层,采用压入法及划痕法表征了涂层的结合强度。分析表明,压入法只能作为一种定性的测定方法,该法测得TiAlN涂层的结合强度达到HF3。划痕法结合了声信号、摩擦力信号和划痕微观形貌,可以定量测定结合强度,该法测得在压头曲率半径为200μm的情况下,TiAlN涂层的临界载荷达到13 N,比传统TiN涂层提高了45%。     

Si、Cr的加入对TiAlN涂层抗氧化性能的影响

比较了阴极电弧蒸发工艺制备的Ti0.45Al0.55N、Ti0.35Al0.55Si0.1N和Ti0.3Al0.55Cr0.15N涂层在850℃和900℃的抗氧化性能。通过X射线衍射仪(XRD)、高分辨率扫描电镜(HRSEM)和能谱仪(EDS),研究Si、Cr对Ti0.45Al0.55N涂层抗氧化性能的影响。结果表明:Si和Cr的加入均能有效提高Ti0.45Al0.55N涂层的抗氧化性能,细化涂层晶粒,促进Al向涂层表面扩散形成致密的Al2O3氧化层,抑制锐钛矿型TiO2向金红石型TiO2转变,提高TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层的抗氧化性能。另外,TiAlCrN涂层中Cr2O3的形成进一步提高了其抗氧化性能。     

超大长径比极细硬质合金微型钻头结构及涂层技术研究

针对超大长径比极细微型钻头工作中的微弯曲变形情况进行了分析。通过软件计算,得到微型钻头未钻入板材时不同旋转速度对微型钻头偏摆距离的影响。随后模拟微型钻头钻入板材后的受力情况,计算了微型钻头在槽长区域有、无约束条件下的变形量,研究了微型钻头槽长区域不同约束位置、约束方式对微弯曲变形的影响。研制了新型自对正结构的超大长径比极细微型钻头,并应用于加工8 mm大厚度高速通信印制电路板。利用两端对向钻削的方法对其进行通孔加工,研究了微型钻头的结构和涂层对孔偏距的影响。结果表明,钻入板材前,随着转速从150 kr/min增加到245 kr/min,钻尖偏摆距离从0.02 mm增加到0.6 mm;钻入板材后,在槽长区域设计约束结构可有效降低微弯变形量;通过超润滑涂层解决了极细微型钻头的断刀问题、减小了孔偏距。相比于常规结构的微型钻头,新型微型钻头涂层后可将孔偏距从56μm降低到35μm,满足使用要求。     

电弧离子镀电磁线圈电压对TiAlN涂层结构及性能的影响

目的 揭示电弧离子镀过程中,电磁和永磁复合磁场耦合作用下电磁线圈偏压对TiAlN涂层结构及性能的作用规律,优化TiAlN涂层制备工艺。方法 采用电弧离子镀技术在M2高速钢基体表面沉积高Al含量Ti0.33Al0.67N涂层（TiAl靶,原子数分数,Ti∶Al=1∶2）。改变电磁线圈电压,研究涂层微观组织结构、表面粗糙度、硬度、膜/基结合力和耐磨性的变化规律。结果 在15~45 V范围内,电磁线圈电压小于30 V时,Ti0.33Al0.67N涂层内部致密;线圈电压大于30 V时,涂层内部变得疏松。线圈电压为15 V时,TiAlN涂层表面粗糙度最小,为0.2 μm。随着线圈电压升高,Ti0.33Al0.67N涂层硬度增大,线圈电压为45 V时,Ti0.33Al0.67N涂层硬度达到最大,为3866HV0.025。随着线圈电压的升高,Ti0.33Al0.67N涂层膜/基结合力及耐磨性先增加后减小,线圈电压为15 V时,结合力最高,为95.4 N,磨损率达到最低,为1.62×10-15 m3/(N?m)。结论 在线圈电压较小时,随着电压的升高,作用于阴极靶材的磁场强度增加,阴极弧斑速度加快,每个弧光点维持时间缩短,能量降低,离化率升高,溅射出的液滴数量减少,涂层结构致密,粗糙度降低,硬度和耐磨性能升高;随着线圈电压进一步升高,磁场强度继续增大,弧斑运动受到的磁性束缚力增大,弧斑运动半径向靶材中心收缩,作用于固定位置的弧光累计时间更长,离化率降低,液滴增多,涂层综合性能下降。     

硬质合金WC—TiAlN超硬纳米复合涂层的显微结构、力学性能与应用

利用多阴板电弧离子镀装置在WC－Co硬质合金基体上沉积了WC－Ti(1-x)AlxN纳米复合涂膜。为了获得层状结构，基体座以6rev/min的速度旋转。为了弄清纳米结构涂膜的生长机理，对涂膜的显微结构和力学性能进行了研究。WC－Ti(1-x)AlxN涂膜的显微结构取决于Al含量（x)。通过控制Al阴极的电弧功率密度来改变涂膜中Al含量。随着涂膜中Al含量增大，WC和TiAlN层之间的界面共格性不稳定，并当x增大到0．57时，WC－Ti0.43Al0.57N涂膜则显示出完整的纳米晶体结构，其晶粒尺寸为10nm，与超晶格常数（λ）一致。WC－Ti(1-x)AlxN涂膜内的残余应力与x值无关，其测定值大约为6．5GPa。涂膜的这种高应力通过周期性地涂覆，Ti-WC过渡层降低到4．7GPa。过渡层厚度（Dbuffer)与纳米复合层厚度（Dnc)之比（Dbuffer/Dnc)可达0．8。当Dbuffer/Dnc比为0．3时，涂膜的粘结强度达到最大值即45．5N，而当Dbuffer/Dnc比高于0．3时，涂膜的粘结强度则下降到25N。WC－Ti1-xAlxN涂膜的显微硬度在38GPa-50GPa的范围内，并获得了WC－Ti0.43Al0.57N纳米复合涂膜最高的硬度值。X－射线衍射分析表明，Ti0.43Al0.57N涂膜与只显示出TiAlN(111)和（200）反射线的超硬（H≥40GPa)相呈现相同的结构。同时，透射电子显微镜分析也说明，WC－Ti0.43Al0.57N涂膜是由极其微细（1－10nm)的纳米晶粒组成的。因此，我们认为，涂膜的纳米晶体显微结构对显著提高涂膜的硬度是极其重要的。由于WC－Ti0.43Al0.57N纳米复合涂膜具有最高的硬度和良好的粘结强度，因此，涂覆该涂层的印刷电路板钻头在现场试验中显示出优异的使用性能，其使用寿命比未涂层的钻头提高1倍以上。     

工艺参数对Ti合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的性能影响

综合分析了电弧离子镀中氮气分压、阴极弧流、基体偏压等工艺参数对在Ti合金表面制备TiAlN涂层的影响,及涂层性能与工艺参数的相互关系。并简要介绍了在TC4钛合金表面镀制TiAlN涂层的优化工艺参数。     

TiAlN涂层的热残余应力分析

采用有限元方法分析氮铝钛涂层的残余热应力,研究不同的基体及过渡层对残余热应力分布的影响。结果表明：当基体为硬质合金时,涂层内以拉应力为主,而基体为不锈钢时,涂层内以压应力为主;增加过渡层可以使涂层内的残余应力减少40%以上;硬质合金基体中涂层的拉应力随基体钴含量和涂层厚度的增加而减少;无过渡层时,不锈钢基体存在明显的塑性约束区,有过渡层时,随着界面应力的减少,塑性约束区明显减小或消失。因此,通过不同的涂层和基体搭配可以改善应力场,同时增加过渡层可以缓和界面应力和增强界面结合力。     

恒电位对TiAlN涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的研究不同恒电位对TiAlN涂层在海水环境中磨蚀性能的影响,分析其腐蚀磨损行为。方法用PVD多弧离子镀技术在316不锈钢上沉积TiAlN涂层。通过XRD测试、硬度测试、结合力测试、电化学工作站测试、不同恒电位下磨蚀测试及磨痕截面轮廓测试,分别评价TiAlN涂层的相结构、表面硬度、结合力、电化学性能、摩擦系数和磨损率,通过扫描电子显微镜观察涂层磨痕形貌并分析其磨蚀损伤机理。结果 TiAlN涂层在海水环境下的抗腐蚀性优于基体316不锈钢。在阴极电位下,恒电位增加使涂层的摩擦系数逐渐降低。阳极电位为0.5 V时,摩擦形成的TiO_2基含水化合物颗粒可作为润滑剂,使涂层的摩擦系数迅速降低至0.45。TiAlN涂层在干摩擦条件下的磨损率为5.5678×10-5 mm3/(N·m),在阴极保护电位为-1 V下的磨损率为2.2909×10-6 mm3/(N·m),在开路电位(OCP)下的磨损率为7.4881×10-5 mm3/(N·m)。结论随着加载电位(SCE)的升高,涂层的腐蚀效应愈发明显。涂层在阴极电位下的磨蚀机理主要为塑性变形,在阳极电位下的磨蚀机理主要为疲劳点蚀。