磁过滤电弧离子镀制备TiAlN涂层的结构与性能表征

采用磁过滤电弧离子镀技术在高速钢基体上沉积TiAlN涂层。研究了N_2分压对TiAlN涂层的相结构、化学成分、力学性能、沉积速率、表面粗糙度、结合强度以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,N_2分压的变化对涂层的结构与性能影响显著。随着N_2分压的增加,TiAlN涂层呈现(111)择优取向,其硬度最高可达34 GPa。涂层的沉积速率和表面粗糙度随着N_2分压的增大而逐渐降低。此外,由于大颗粒的去除使得涂层表面质量得到提升,所制备的TiAlN涂层均具有较低的摩擦系数(0.15~0.33),并且呈现良好的抗磨损性能,其最低磨损率为8.8×10~(-7)mm~3/(N·m)。     

TiN/TiAlN涂层Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的切削性能

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多层涂层,通过扫描电镜、涂层附着力自动划痕仪对其显微组织形貌和涂层的结合强度进行了分析,并对涂层和未涂层金属陶瓷铣刀以及硬质合金铣刀进行了切削0Cr18Ni9钢的试验.结果表明,多弧离子镀TiN/TiAlN涂层均匀,TiN/TiAlN多层涂层与金属陶瓷之间的结合强度高达57.52 N.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷的切削性能明显优于未涂层金属陶瓷和硬质合会YW2,其平均寿命为硬质合金刀具的2倍.TiN/TiAlN涂层金属陶瓷刀具的失效形式主要是磨损和崩刃,没有涂层剥落现象,TiN/TiAlN涂层与基体的结合强度很好.未涂层金属陶瓷刀具的磨损形式主要是磨损和粘着.     

PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3复合涂层氧化铝陶瓷刀具切削性能研究

在刀具表面沉积一层硬质、耐磨涂层,可有效提高刀具切削性能。目前刀具涂层的研究主要侧重于氮化物、碳化物等硬质涂层(基体为硬质合金),氧化物涂层(基体为陶瓷)仍未有突破性进展。文章涉及陶瓷基体表面的氮化物和氧化物涂层制备及切削性能研究。采用阴极电弧蒸发镀技术(PVD-CAE)和PEM辅助PVD工艺在氧化铝陶瓷刀具表面制备TiAlN硬质耐磨涂层(中间层)和Al_2O_3抗高温氧化涂层(外层)。采用扫描电子显微镜(SEM)和EDS线扫法分析涂层微观结构和元素成分变化,通过显微硬度计表征涂层表面硬度。通过连续干切削灰铸铁试验研究TiAlN/Al_2O_3涂层的切削寿命、磨损机理和加工表面质量。结果表明:该复合涂层具有细晶致密的微观结构;TiAlN硬质层可将刀具表面硬度提升至2781±19HV_(50g),从而提高了刀具耐磨性;连续干切削灰铸铁试验中,无涂层氧化铝刀具发生崩刃破损,而TiAlN/Al_2O_3涂层刀具主要发生磨粒磨损和少量的粘结磨损,无崩刃现象;PVD法制备的TiAlN/Al_2O_3涂层刀具寿命是常规无涂层氧化铝刀具的2倍以上,且加工表面质量优良而稳定。     

激光微织构对硬质合金TiAlN涂层结合性能的影响

为了研究硬质合金表面激光微织构对涂层性能的影响,利用光纤激光在硬质合金基体表面制备具有不同深度、直径及密度的微织构。采用CC800/9XL型超高真空多功能磁控溅射系统在硬质合金表面制备TiAlN涂层。通过Leica DM2500 M透射光学显微镜、扫描电镜分析了TiAlN涂层的表面形貌。利用MFT-4000型涂层附着力自动划痕仪对涂层-基体结合力进行表征。结果表明:激光微织构工艺能提高硬质合金基体与TiAlN涂层的结合力,比基体表面未织构工艺提高了近5倍。     

TiAlN单层和TiAlN/CrN多层涂层的微结构与耐腐蚀性能研究

本文采用多弧离子镀技术制备了TiAlN单层和TiAlN/CrN多层涂层,通过扫描电子显微分析、X射线衍射、电化学腐蚀测试以及浸泡腐蚀试验等方法研究其微观结构和耐腐蚀性能。结果表明：相比于TiAlN单层涂层,TiAlN/CrN多层涂层具有相同的NaCl型面心立方结构,其表面大颗粒及孔洞等缺陷明显减少、结构更为致密、晶粒细化。另外,TiAlN/CrN多层涂层的开路电位趋稳时间短且稳态值更高;其自腐蚀电流密度由TiAlN单层涂层的1.213×10^-7A·cm^-2降为4.366×10^-9A·cm^-2,极化电阻则由320 kΩ·cm^-2升高至10 169 kΩ·cm^-2,阻抗模值也相应提升了5倍左右。在10%NaCl(质量分数)溶液中浸泡360 h后,TiAlN/CrN多层涂层的表面腐蚀痕迹并不明显,且其腐蚀前后的质量变化明显低于TiAlN单层涂层和TC4钛合金基体,表明其具有更加优异的耐腐蚀性能。CrN插入层的本征良好耐腐蚀性能、显著减少的表面缺陷和孔隙率是TiA...     

偏压梯度TiAlN涂层对TC4钛合金振动与拉伸疲劳性能的影响与机理

目的 探究偏压梯度TiAlN涂层对基体疲劳性能的影响规律和疲劳损伤机理。方法 利用磁过滤阴极真空弧技术和连续改变偏压的沉积工艺,在TC4钛合金表面沉积了偏压梯度TiAlN涂层,并采用扫描电镜、轮廓仪、纳米压痕和划痕仪表征测试了TiAlN涂层的微观结构和内应力、表面硬度、膜基结合力等基本力学性能。对TiAlN涂层试件的振动和拉伸疲劳性能分别进行了考核,通过观察试件疲劳断口形貌,探究了偏压梯度TiAlN涂层/基体的疲劳损伤机理。结果 TiAlN涂层中Al元素含量沿深度方向一直在降低,偏压工艺成功制备出梯度结构涂层。偏压梯度TiAlN涂层的内应力为压缩状态,数值为(2.66±0.23) GPa,显著低于对应恒压涂层(‒200 V)。偏压梯度TiAlN涂层试件平均振动强度和拉伸疲劳强度分别为370.90、377.90 MPa,前者相对于TC4基体提高了47.7%,后者几乎保持不变。结论 TiAlN涂层内部存在残余压应力,具有一定抗裂纹萌生能力,TC4钛合金表面制备偏压梯度TiAlN涂层后,两种受载类型下的疲劳裂纹源均位于涂层与基体界面处。振动受载时,涂层中梯度结构抑制了裂纹的扩展,疲劳强度提高;拉伸受载时,TiAlN涂层部分发生破碎,抑制裂纹萌生与促进裂纹扩展两种机制同时存在,疲劳强度几乎不变。     

启闭机活塞杆表面超音速火焰喷涂WC-10Co-4Cr涂层的性能

采用超音速火焰热喷涂技术在启闭机活塞杆材料40Cr钢表面制备WC-10Co-4Cr涂层,通过扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等手段对涂层的基本性能进行了研究并与基材的性能进行了对比分析。结果表明:涂层的显微硬度为1 330HV0.3是基体的3.9倍,摩擦因数小于基体,其耐磨性能达到基体的145倍,涂层的耐腐蚀性能较基体也有大幅提高,并且涂层致密度高孔隙率低于0.45%,与基体之间的结合强度高于70.37MPa。将涂层应用于活塞杆表面可以大幅提高其表面性能,特别是耐磨性能及耐腐蚀性能,使得活塞杆的使用寿命提高为常用电镀铬的3倍以上。     

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.     

TC4钛合金表面TiAlN/Ti涂层的抗冲蚀性能研究

目的 通过明晰TC4钛合金表面不同结构的TiAlN/Ti涂层的冲蚀机制,为提高TC4钛合金的抗冲蚀性能、制备具有良好冲蚀性能的涂层奠定基础.方法 采用磁过滤真空阴极弧(FCVA)与金属蒸汽真空弧(MEVVA)技术,按照一定方式在TC4钛合金表面制备相同厚度不同层数的TiAlN/Ti涂层,采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜、纳米压痕仪,对TiAlN/Ti涂层的微观结构和力学性能进行表征和分析.采用冲蚀试验平台,通过参数的调整来模拟沙尘环境,开展TC4钛合金和TiAlN/Ti涂层的冲蚀试验,计算获得冲蚀率.采用Proto-LXRD应力仪测试分析冲蚀前后TiAlN/Ti涂层的残余应力,利用SEM对涂层的冲蚀形貌进行表征和分析,并探讨涂层冲蚀损伤机理.结果 相比于TC4基体试样,层数为4、8、12层的TiAlN/Ti涂层试件冲蚀后的质量损失分别降低了86.9％、91.3％和94.0％,残余压应力分别增加了34、135、203 MPa.对比冲蚀区表面形貌,当涂层的层数为4层时,冲蚀区涂层脱落明显;当涂层层数为8层时,冲蚀区涂层局部有脱落;当涂层层数为12层时,冲蚀区涂层脱落不明显,对基体的防护较好.结论 MEVVA离子源注入技术显著提高了涂层的致密度和涂层与基体间的结合力.TiAlN/Ti涂层能显著改善试样的表面性能.相同涂层厚度下TiAlN/Ti涂层的层数越多,H3/E2值越大,抗冲蚀性能越优异.     

Al2O3对硅酸盐矿物涂层耐蚀性能的影响

采用热化学反应法在Q235钢基体表面制备陶瓷涂层.分别采用阜新(A)和内蒙古(B)的天然硅酸盐矿物为原料,以对比Al2O3对涂层耐蚀性能的影响.用XRD分析其相结构,并研究了涂层的耐蚀性.结果表明,涂层A与骨料相比新相有CaSiO3、AlPO4;涂层B有FeNi3、AlNi3、Al75Ni10Fe15和Cr2O3等新相.涂层A耐酸、盐性相对基体分别提高11.5倍和1.3倍,涂层B耐酸、盐性相对基体分别提高7.5倍和1.2倍.     

超声深滚对电弧喷涂7Cr13涂层性能的影响

采用超声深滚(UDR)技术对45钢基体电弧喷涂7Cr13涂层进行表面处理,并对涂层处理前后的性能变化进行了试验测试和分析。结果表明,电弧喷涂7Cr13涂层经UDR处理后,其综合性能得到了较大提高:晶粒细化,涂层截面孔隙现象明显减少、变小,与基体的结合状态有所改善,表面残余压应力由45MPa提高到345MPa,表面粗糙度由40μm降为2.13μm,表面显微硬度提高了近一倍,摩擦学性能得到了明显改善。     

硬质合金基体对TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层结构和机械性能的影响

采用电弧离子镀在YT15、YG6、YG10这3种WC基硬质合金基体上沉积了TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层,并对所沉积涂层的截面形貌、截面成分、晶体结构、硬度及结合强度进行了检测与分析。结果表明:TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层呈内、中、外的"三层"结构。WC基硬质合金基体通过涂层-基体界面处元素的扩散影响沉积在基体表面涂层的结构,YG10基体中W、Co元素向涂层的扩散明显,削弱了涂层的柱状结构,而YT15和YG6基体上所沉积涂层其Ti、Al元素向基体的扩散,对TiAlN内层柱状结构的影响并不明显。多层涂层的晶体取向均以TiN(200)和CrN(200)为主,且不同硬质合金基体上沉积的涂层其衍射峰强度不同。沉积在YG10表面的涂层获得最大硬度,为4 600.13 HV。基体与涂层硬度差影响涂层结合性能,硬度差越小,涂层结合性能越好,沉积在YG6上的涂层其结合性能最好,临界载荷为103.32 N。     

TA19合金表面TiAlN硬质涂层的耐磨性能研究

为了提高TA19合金的摩擦学性能,采用磁控溅射技术在TA19合金表面制备了TiAlN硬质涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪研究了TiAlN涂层的微观形貌、物相组成和成分含量及分布,利用球-盘摩擦磨损试验机研究了不同载荷条件下硬质涂层和基体的摩擦行为及其磨损机理。结果表明:TiAlN涂层厚度约为4μm,表面为细小颗粒状,颗粒间较为紧密,颗粒尺寸大小均匀。涂层表面主要由Ti、Al、N元素组成,其原子比大约为1∶1∶1,涂层和基体间结合力可达到53.3 N。磨损试验结果表明,在TA19合金表面制备TiAlN涂层后,其摩擦系数和磨损率较TA19合金基体的有了明显的降低。在低载荷下,TiAlN涂层的磨损形式主要是磨粒磨损,在高载荷时转化为磨粒磨损和氧化磨损。     

X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢表面电弧离子镀TiAlN涂层及其热震性能

运用电弧离子镀技术,采用独立的纯Ti和纯Al靶材在超超临界汽轮机叶片用X12CrMoWVNbN10-1-1耐热钢表面沉积TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜和能谱仪等对涂层微观组织结构和成分等进行分析,并在室温到650℃温度区间测试涂层的抗热震性能。结果表明:TiAlN涂层表面光滑平整、均匀致密且无明显的空洞,涂层表面的Ti/Al原子比约为0.94;涂层的表面硬度值为1802HV0.1。经X射线衍射法分析,涂层表面的相为TiAlN相,具有(200)晶面择优取向;涂层在室温到650℃之间经受100次热震循环实验后,没有发生明显开裂,说明涂层与基体结合良好,但涂层表面出现一定程度的氧化现象。     

TC11钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层防护性能的研究

利用电弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积TiAlN涂层。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等方法对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌、物相结构。采用X射线光电子能谱仪（XPS）对TiAlN涂层性能进行了分析,研究了基体和镀膜的耐磨性。结果表明,TiAlN涂层显著改善了钛合金的粘着磨损性及高温抗氧化性,在空气中650℃静态氧化100h后,TiAlN涂层依然保持良好的状态和抗磨损性能。     

锆合金表面涂层耐高温高压动水腐蚀性能的研究

目的 提高锆合金在高温高压环境中耐动水腐蚀性能。方法 利用多弧离子镀技术（MAIP）在Zr-4合金表面分别制备了Al2O3涂层和Cr/TiAlN复合涂层,利用磁控溅射技术（MS）在Zr-4合金表面制备了TiN涂层。通过堆外高压釜实验,对比研究了三种不同涂层的耐高温高压动水腐蚀性能,利用自动划痕仪检测膜基结合力,利用XRD分析涂层的物相成分,利用SEM观察涂层腐蚀前后的微观形貌,利用EDS对涂层元素种类与含量进行分析。结果 多弧离子镀技术制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层致密度较高,但表面存在少量大颗粒与微孔洞;磁控溅射技术制备的TiN涂层均匀平整,表面大颗粒较少。Al2O3涂层、TiN涂层和Cr/TiAlN涂层可承受的临界载荷分别为26、16、26.5 N。在实验条件下,Cr/TiAlN涂层和TiN涂层表面均发生了剥落或腐蚀现象,且这两种试样表面均检测出大量的ZrO2,而Al2O3涂层几乎未被破坏,基体得到了充分防护。结论 利用多弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备的Al2O3涂层和Cr/TiAlN涂层的膜基结合力较高,利用磁控溅射技术制备的TiN涂层的膜基结合性能较差,其中Al2O3涂层具备良好的耐腐蚀性能,在高温高压动水腐蚀环境中能够有效地保护锆合金基体。     

H13钢表面电火花沉积钼涂层的摩擦磨损特性研究

在H13钢表面电火花沉积钼合金涂层,研究了其组织结构及摩擦磨损特性。结果表明,钼合金涂层由白亮层、扩散层和热影响区组成;钼元素与基体元素相互扩散形成冶金结合;合金层的显微硬度(约为1482HK0.025)较H13钢(280HK0.025)提高5倍左右;电火花沉积Mo合金层后摩擦系数明显降低,磨损质量损失仅为基材的1/7,抗磨性能显著提高。     

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。     

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。     

35CrMo钢表面电火花沉积WC合金涂层的界面行为

以WC合金为电极,采用电火花沉积技术在35CrMo钢表面沉积WC合金强化涂层,考察了涂层的断面显微硬度,并通过金相显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱(EDX)、X-射线衍射(XRD)等表征了强化涂层的微观结构.结果表明:涂层的表面显微硬度约为基体的2.5倍.涂层的耐磨性显著提高;涂层与基体的主要元素发生了相互扩散,所获涂层是由基体与WC合金电极发生反应的冶金结合层,涂层的主要成分是Fe7C3、Fe3W3C、Fe7C3、Fe7W6、Fe3W3C和Fe7W6.