TiN/Ti(C,N)涂层的显微组织与力学性能

采用磁控溅射在TNMG120408型号的硬质合金刀片上沉积了TiN/Ti(C,N)单层与多层涂层,通过XRD、SEM、纳米压痕、划痕仪与冲击测试等方法,比较分析了TiN/Ti(C,N)涂层的显微组织与力学性能。结果表明,TiN单层涂层的晶粒形貌为典型的喇叭口结构,Ti(C,N)单层涂层为平直的柱状晶结构;而TiN/Ti(C,N)多层涂层为柱状晶结构,形成了TiN、Ti(C,N)交替排列的结构。TiN与Ti(C,N)单层涂层均呈(220)生长织构,而TiN/Ti(C,N)多层涂层呈(111)生长织构。Ti(C,N)单层涂层表现出较好的硬度,而TiN/Ti(C,N)多层涂层则表现出与基体更好的结合力。     

TiN单层和TiN/Ti(C,N)多层涂层的结构和性能研究

借助XRD、SEM、纳米压痕和划痕仪研究了采用磁控溅射在硬质合金基体上沉积的TiN单层和TiN/Ti(C,N)多层涂层的组织结构和力学性能。研究表明:TiN与TiN/Ti(C,N)多层涂层的晶粒形貌均呈柱状晶结构,而TiN/Ti(C,N)多层涂层形成了TiN、Ti(C,N)交替的调制结构。由于界面强化作用,TiN/Ti(C,N)多层涂层表现出比TiN更高的硬度及与基体更好的结合力。     

调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响

为了阐明调制周期对薄膜微观组织及薄膜与基体结合力的影响,采用反应磁控溅射在Ti6Al4V基板上交替沉积了Ti层及TiN层制备了TiN/Ti多层膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和划痕仪测量分析了薄膜的晶体结构、微观组织、硬度以及薄膜与基体之间的结合力。研究结果表明:TiN/Ti多层膜中均存在TiN,Ti和Ti2N 3种相。TiN/Ti多层膜均以柱状晶方式生长,在调制周期较大(5层)时,TiN和Ti层的界面清晰;随着调制周期的减小(层数增加),TiN和Ti层的界面逐渐消失。与单层TiN薄膜相比,多层TiN/Ti薄膜的硬度显著提高;但随着薄膜层数的增加,多层TiN/Ti薄膜硬度略微降低。当调制周期为80nm(30层)时,薄膜与基体的结合力明显提高,达到73N。     

脉冲直流PCVD制备Ti（C，N）薄膜及其组织结构分析

用工业型脉冲直流等离子体化学气相沉积(PCVD)设备,针对不同混合气体CH4所占比例,在H13模具钢表面沉积了Ti(C,N)薄膜。用SEM观察薄膜断口形貌,用XRD及XPS分析薄膜相组成和价态。结果表明：一定量碳元素的加入,抑制了TiN薄膜中柱状晶的生长,并且阻止了TiN晶粒的长大。Ti(C,N)的相结构可能为TiN和TiC两相混合,但在C(或N)含量较低的膜层中,c(或N)原子也会以置换的方式存在于TiN(或TiC)单相组织中。     

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的研究

采用纳米Ti(C，N)粉末制备Ti(C，N)基金属陶瓷，研究了纳米粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明，粉末冶金过程中，纳米Ti(C，N)粉末易于在粘结相中扩散与溶解及沿晶界分布，降低了硬质相在粘结相中的溶解度，抑制了晶粒长大，提高了材料的红硬性能。抗弯强度与晶粒尺寸满足于Hall-Perch公式，5wt％～l0wt％的纳米粉末加入量可使金属陶瓷的抗弯强度和切削性能得到较大的提高，但硬度变化不大。切削磨损主要表现为磨粒磨损和轻微的粘着磨损，磨痕细小均匀。     

Ti(C,N)固溶体的N/C原子比对Ti(C,N)基金属陶瓷组织及力学性能的影响

本文以不同N/C原子比的Ti(C,N)固溶体为硬质相,通过真空烧结制备了Ti(C,N)基金属陶瓷。用三点弯曲法、洛氏硬度计、压痕法分别测得试样的抗弯强度、硬度、断裂韧性,并通过光学金相显微镜、XRD、SEM、EDS等手段研究了Ti(C,N)固溶体的N/C原子比对Ti(C,N)基金属陶瓷组织的影响规律。结果表明:在一定范围内随着N/C原子比的增大,Ti(C,N)固溶体在液相中溶解度下降,环形相的析出受到抑制,使得金属陶瓷的硬质相芯部逐渐细化且分散均匀,环形相厚度减薄。但Ti(C,N)固溶体的N/C原子比为6∶4及以上时,硬质相与液相之间的润湿性较差,使得金属陶瓷孔隙度增加,显微组织中开始出现亮白色的晶粒。随N/C原子比的增大,金属陶瓷的抗弯强度和硬度先增大后降低,断裂韧性逐渐降低。当Ti(C,N)固溶体的N/C原子比为5∶5时,金属陶瓷的综合力学性能最佳,其抗弯强度为2 429 MPa,硬度为92.2 HRA,断裂韧性为8.44 MPa·m~(1/2)。     

等离子体化学气相沉积Ti—N—C膜的研究

用XPS,AES,XRD,SEM及显微硬度计分析和测试了不同成分的等离子体化学气相沉积(PCVD)Ti—N—C膜,并与PCVD一TiN膜比较。认为:Ti—N—C膜优异的耐磨性可归因于高显微硬度及致密的结构。AES及XPS分析结果表明,Ti—N—C与TiN膜表面吸附的氧原子价态不同,其决定因素是膜晶格中是否有足够的碳原子存在。氧吸附态的不同可能导致不同的磨损失效方式。     

多弧离子镀Ti(C,N)/Ti薄膜性能研究

在45钢基体上采用多弧离子镀技术沉积了Ti(C,N)/Ti双层膜,采用纳米测试仪、SEM、XRD及MM-200等考察了该双层膜的基本性能、组织结构及摩擦学性能.结果表明:该双层膜的显微硬度达15.6 GPa;膜与基体结合良好,临界载荷达136.3 mN;膜的主要组成相为Ti(C0.2,N0.8)及少量的Ti;膜的摩擦学性能良好,使基体的耐磨性提高了2倍.     

Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料的力学性能与微观结构

采用真空热压工艺制备了添加纳米ZrO2和微米WC的Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料,并研究了材料的力学性能与微观结构。结果表明:在纳米ZrO2添加量为5%、微米WC添加量为9.6%(质量分数,下同)时,Ti(C,N)基纳米复合金属陶瓷材料的综合力学性能较好,抗弯强度为1014MPa,断裂韧性为7.25MPa·m1/2,硬度为15.57GPa,其抗弯强度和断裂韧性比未添加纳米ZrO2与微米WC的Ti(C,N)基金属陶瓷材料分别提高了3.5%和18.1%。材料断裂模式为以穿晶断裂为主的穿晶/沿晶断裂混合模式。"晶内型"纳米结构弥散增韧、纳米ZrO2相变增韧以及裂纹桥联、裂纹偏转是其主要的增韧补强机理。     

Ti(C,N)_w/Ti(C,N)基金属陶瓷的组织与力学性能研究

采用Ti(C,N)晶须和颗粒复合粉末(Ti(C,N)w+Ti(C,N)p)制备Ti(C,N)w/Ti(C,N)基金属陶瓷。研究了复合粉末对金属陶瓷组织及性能的影响。结果表明,Ti(C,N)w的加入,金属陶瓷的各项力学性能都得到了提高。组织表现为环形相结构特征,与Ti(C,N)基金属陶瓷相比,双层环形相结构所占比例增大,且尺寸加厚。烧结组织中Ti(C,N)w的长径比大于临界长径比,在强化金属陶瓷方面起着重要的作用。环形相使Ti(C,N)w与基体界面结合紧密,增韧机制主要表现为裂纹桥联和裂纹偏转,拔出效应不明显。     

Pulsed DC plasma enhanced chemical vapor deposited TiN/Ti(C,N) multilayer coatings

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＶａｒｉｏｕｓｃｏａｔｉｎｇｓｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ,ｓｕｃｈａｓＰＶＤ ,ＣＶＤ ,ＰＣＶＤ ,ＩＢＥＤａｎｄＰＳＩＩｈａｖｅｂｅｅｎｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ,ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｓｗｅｌｌａｓｅｌｅｖａｔｅｄａｎｔｉ ｏｘｉｄａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｔｅｅｌｓ ,ｆｏｒｉｎｓｔａｎｃｅ ,ｃｕｔｔｉｎｇｔｏｏｌｏｒｄｉｅｓｔｅｅｌｓａｎｄｎｏｎ ｆｅｒｒｏｕｓｍｅｔａｌｓｉｎ…     

Ti（C，N）薄膜的复合硬度与本征硬度的研究

本文对不同性质的膜─基体系通过确定Ｃ的具体取值对Ｊｏｅｎｓｓｏｎ－Ｈｏｇｍａｒｋ模型予以修正，研究厂等离子体增强化学气相沉积Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）薄膜的硬度及其随成分组织的变化。Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）薄膜具有较小的晶粒尺寸和较高的残余压应力，其硬度远高于一般的整体材料，在确定的。工艺条件下，其值上要取决于膜的含碳量，大体成线性增加关系。     

Oxidation of TiN and Ti(C,N) thin films deposited on titanium substrate

Single-layered TiN and functionally graded Ti(C,N) coatings were magnetron sputtered to a thickness of about 1 μm, and their oxidation behavior was studied. The Ti(C,N) coating oxidized as fast as the TiN coating, forming TiO₂ as an oxide layer. The nitrogen in the TiN and Ti(C,N) coatings tended to escape from the coating via the TiO₂ layer into the air. The carbon in the Ti(C,N) coating also had strong tendency to escape. Even before the complete oxidation of the coatings, the retained coating layer and the Ti-substrate were strongly enriched with oxygen.     

Microstructure and physical properties of PVD TiN/（Ti, Al）N multilayer coatings

Magnetron sputtered （Ti, Al） N monolayer and TiN/（Ti, Al） N multilayer coatings grown on cemented carbide substrates were studied by using energy dispersive X-ray spectroscopy （EDX）, scanning electron microscopy （SEM）, nanoindentation, Rockwell A indentation test, strength measurements and cutting tests. The results show that the （Ti, Al）N monolayer and TiN/（Ti, Al）N multilayer coatings perform good affinity to substrate, and the TiN/（Ti, Al）N multilayer coating exhibits higher hardness, higher toughness and better cutting performance compared with the （Ti, Al）N monolayer coating. Moreover, the strength measurement indicates that the physical vapour deposition （PVD） coating has no effect on the substrate strength.     

(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N复合涂层的切削性能研究

借助EDX、SEM、强度测试和切削实验研究了采用磁控溅射在硬质合金基体上沉积的(Ti,Al)N单层和TiN/(Ti,Al)N复合涂层的切削性能。研究表明,两种涂层均与基体结合紧密;TiN/(Ti,Al)N复合涂层则表现出更好的切削性能。     

原始粉末粒度组合对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

采用粉末冶金方法制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了TiC和TiN在不同粒度组合下,Ti(C,N)基金属陶瓷的组织和性能。利用SEM、XRD等分析手段对所制备的金属陶瓷进行分析。结果表明,采用微米级TiC和纳米级TiN粒度组合得到的Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能最好。其抗弯强度达到了1 052.8 MPa,断裂韧性达到了9.3 MPa·m1/2。