溅射工艺参数对TiAlSiN涂层硬度及膜基结合力的影响

近年来超硬涂层的出现,为高速切削、干式切削的高质量刀具的发展,提供了契机。本文开展了磁控溅射法制备TiAlSiN涂层的工艺研究,在不同工艺下,获得了厚度2.0~4.0μm的TiAlSiN涂层,运用纳米压入硬度测试仪、划痕仪和洛氏硬度计等对涂层性能进行表征,研究了制备工艺参数对涂层硬度、膜基结合力的影响规律。结果表明:随着氮氩比、沉积温度和基体负偏压的增大,纳米硬度和弹性模量都是先升高后降低。靶基距为8 cm、温度为100℃、氮氩比为1/3、靶电流为1.5 A、基体负偏压为-100 V时涂层的平均纳米硬度超过40 GPa,达到了超硬水平;涂层与高速钢基体的膜基结合力随着靶基距的加大而降低,随着磁控电流的增大而增大;在沉积温度和基体负偏压由低到高变化时,涂层结合力变化趋势一致,都是先升高后降低。     

TiAlN涂层材料的制备及性能研究

采用独立靶材在YG6硬质舍金上以电弧离子镀工艺制备了TiAlN涂层，研究了钛靶弧流对涂层的微观形貌、成分和性能的影响，对TiAlN涂层的膜基结合强度及高温抗氧化性能进行了测试分析，并将TiAlN涂层的YG6硬质合金刀具与未涂层的YG6硬质合金刀具对T12工模具钢（50HRC）进行对比切削试验。结果表明：钛靶孤流为60-...     

N2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响北大核心CSCD

运用脉冲直流磁控溅射的方法在刀具硬质合金表面制备TiAlSiN复合涂层,实验测试N2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响。研究结果表明:TiAlSiN涂层出现TiSiN和AlN衍射峰。当N2浓度很高时,可以对晶粒生长起到阻碍作用,从而获得更加致密的组织结构。当设定较小N2流量时,涂层获得了最高硬度;当N2流量到达100 mL/min时,硬度提高到25.2 GPa,弹性模量保持稳定。随着N2流量的增加,涂层残余应力表现出增加,涂层结合力表现为先增大后减小。随着N2流量的增加,涂层摩擦系数表现出增加,磨损率表现出减小。在N2流量100 mL/min条件下,摩擦系数到达最大值0.55,磨损率到达最小值2.12。设定较低的N2流量,生成许多磨屑,形成犁沟;设定更高的N2流量,表现出更好的耐摩擦磨损性能。     

N_2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响

运用脉冲直流磁控溅射的方法在刀具硬质合金表面制备TiAlSiN复合涂层,实验测试N_2流量对刀具硬质合金表面磁控溅射TiAlSiN涂层组织和摩擦性的影响。研究结果表明:TiAlSiN涂层出现TiSiN和AlN衍射峰。当N_2浓度很高时,可以对晶粒生长起到阻碍作用,从而获得更加致密的组织结构。当设定较小N_2流量时,涂层获得了最高硬度;当N_2流量到达100 mL/min时,硬度提高到25.2 GPa,弹性模量保持稳定。随着N_2流量的增加,涂层残余应力表现出增加,涂层结合力表现为先增大后减小。随着N_2流量的增加,涂层摩擦系数表现出增加,磨损率表现出减小。在N_2流量100 mL/min条件下,摩擦系数到达最大值0.55,磨损率到达最小值2.12。设定较低的N_2流量,生成许多磨屑,形成犁沟;设定更高的N_2流量,表现出更好的耐摩擦磨损性能。     

TiAlN涂层材料的制备及性能研究

采用独立靶材在YG6硬质合金上以电弧离子镀工艺制备了TiAlN涂层,研究了钛靶弧流对涂层的微观形貌、成分和性能的影响,对TiAlN涂层的膜基结合强度及高温抗氧化性能进行了测试分析,并将TiAlN涂层的YG6硬质合金刀具与未涂层的YG6硬质合金刀具对T12工模具钢(50HRC)进行对比切削试验。结果表明:钛靶弧流为60～70A时,涂层具有较理想的表面结构,膜基结合力较好,可达44N;钛靶电流对涂层中N含量的影响不大,对Al及Ti含量有较明显的影响。在干式切削条件下,TiAlN涂层刀具的使用寿命是未涂层刀具的3倍。     

轴对称磁场对电弧离子镀TiN-Cu纳米复合膜性能的影响

在电弧离子镀靶后端加入轴对称线圈磁场,制备了TiN-Cu纳米复合膜。观察线圈磁场强度对靶表面电弧斑点游动速率和弧柱形状的影响,及其对沉积薄膜的表面形貌、沉积速率、纳米压痕硬度和弹性模量的影响。结果表明,提高线圈磁场强度可提高电弧斑点的游动速率,进而降低靶表面金属液滴喷射几率,减小沉积薄膜中大颗粒的尺寸和数量。X射线衍射(XRD)谱显示,沉积薄膜只含有TiN相,未出现金属Cu或其化合物的衍射峰;薄膜呈现明显的(111)晶面择优取向。随着线圈磁场强度的提高薄膜沉积速率、压痕硬度和弹性模量先增加,达到最大值后又略有减少,其最大硬度和弹性模量分别达到35.46GPa和487.61GPa。     

电压对刀具用42CrMo钢离子镀TiAlSiN涂层组织及耐磨性能的影响

为了提高刀具用42CrMo钢的耐磨性能,采用电弧离子镀技术在其表面沉积制备TiAlSiN涂层,并测试分析了励磁电压对其组织结构及摩擦学性能的影响.研究结果表明:提高电压后涂层表面粗糙度也随之增大,制得厚度更大的TiAlSiN涂层,从最初的2.16 μm持续增大到4.85 μm,表面粗糙度增大.随电压升高,涂层沿垂直基体...     

励磁线圈电压对刀具42CrMo钢表面离子镀TiAlSiN涂层性能的影响

采用电弧离子镀技术在刀具42CrMo钢表面沉积制备TiAlSiN涂层,实验测试分析励磁电压对其的组织结构及其摩擦性能的影响。研究结果表明不同电压制备的TiAlSiN涂层表面形成了大量孔洞。随着电压升高后,涂层的粗糙度和厚度明显增加。所有层都形成了紧密结合状态,未产生明显缝隙结构,涂层都形成了具有柱状结构。当电压上升后,产生了更多的空隙,导致涂层致密度发生减小。逐渐提高电压后,获得了具备更高显微硬度的涂层,达到了比合金钢基体更高的硬度。随着电压升高,涂层的摩擦系数和磨损率先降低再升高,到达30 V电压时达到了最小的磨损率。涂层主要发生了磨粒磨损的情况。30 V电压时形成了更加平整的涂层表面,涂层的组织结构也变得更加致密,显著提高了耐磨性。     

励磁线圈电压对刀具42CrMo钢表面离子镀TiAlSiN涂层性能的影响北大核心CSCD

采用电弧离子镀技术在刀具42CrMo钢表面沉积制备TiAlSiN涂层,实验测试分析励磁电压对其的组织结构及其摩擦性能的影响。研究结果表明不同电压制备的TiAlSiN涂层表面形成了大量孔洞。随着电压升高后,涂层的粗糙度和厚度明显增加。所有层都形成了紧密结合状态,未产生明显缝隙结构,涂层都形成了具有柱状结构。当电压上升后,产生了更多的空隙,导致涂层致密度发生减小。逐渐提高电压后,获得了具备更高显微硬度的涂层,达到了比合金钢基体更高的硬度。随着电压升高,涂层的摩擦系数和磨损率先降低再升高,到达30 V电压时达到了最小的磨损率。涂层主要发生了磨粒磨损的情况。30 V电压时形成了更加平整的涂层表面,涂层的组织结构也变得更加致密,显著提高了耐磨性。     

热丝CVD法制备金刚石涂层刀具的研究现状

金刚石涂层刀具具有优异的硬度、耐磨性及导热性,在军事、航空航天等高精尖应用领域加工石墨、高硅铝合金、碳纤维增强塑料等难切削材料时无可替代,但目前金刚石涂层刀具存在两个问题:一是涂层与刀具间膜基结合力较差,导致涂层在使用中过早脱落;二是涂层表面粗糙度较大,难以保证被加工面的平整度与尺寸精度。本文从增强涂层结合力与降低涂层粗糙度两方面,将近年来科研人员对HFCVD法制备金刚石涂层的研究成果加以综述,并分析了各种因素对金刚石涂层刀具性能的影响。     

AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiNAlTiCrN/AlTiNAlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。     

高速钢刀具镀氮化碳超硬涂层研究

本采用DC反应磁控溅射和电弧离子镀相结合的方法在高速钢上沉积氮化碳－氮化钛复合膜，经X射线衍射分析，复合膜中存在α-C3N4和β－C3N4的硬质相，复合膜的显微硬度HK＝（50．5－54．1）GPa，它与高速钢基体的附着力，用划痕试验测得临界载荷Lc=(40-80)N，多种刀具试用证实，该涂层具有很高的耐磨性，与未涂层和镀TiN的刀具相比，大幅度提高了刀具的耐用度。     

粉末靶脉冲磁控溅射制备CrBMoS固体润滑硬质涂层

粉末靶封闭非平衡磁场脉冲磁控溅射是一种方便靶材配比、节约靶材成本的高效磁控溅射工艺,其特点是将固体粉末按成分需求配比,直接作为磁控靶体。CrB_2则因其高硬度而常被作为硬质耐磨材料使用,MoS_2因其低摩擦系数常作为固体润滑剂使用。本研究则将CrB_2和MoS_2两种粉末按Cr∶Mo原子比1∶1混合,利用粉末靶封闭非平衡磁场脉冲磁控溅射系统在304不锈钢表面制备硬质固体润滑涂层,探讨脉冲频率对CrBMoS涂层结构及性能的影响。用示波器测量靶电位曲线,分别用扫描电子显微镜、X射线衍射分析涂层形貌及相结构,表面形貌轮廓仪测量涂层厚,纳米压痕仪检测涂层纳米硬度,划痕仪测量涂层结合力及摩擦磨损实验机测量涂层摩擦系数。结果表明,在脉冲"开-关"状态转换时,靶电位由"负"转"正"过程中,"正"电位突升。随脉冲频率增高,涂层的沉积速率降低,沉积速率与有效沉积时间因子成正比。涂层致密、无缺陷,涂层晶体择优取向分别为CrB_2(111)及MoS_2(200)。涂层纳米硬度最高可达19 GPa,摩擦系数最小低至0.02。结果表明粉末靶封闭非平衡脉冲磁控溅射法制备的CrBMoS涂层具有较高硬度的同时,还具有良好的固体润滑效果。     

TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层微观结构及摩擦学性能的研究

采用磁控溅射技术在AISI-304不锈钢上制备了TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层。采用电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验机、表面形貌仪等对涂层的表面形貌、显微组织、硬度和摩擦学性能进行了系统的研究。结果表明TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的硬度为27.56 GPa,相比于TiAlSiN涂层的硬度(29.1 GPa)有所下降,但是涂层的耐磨性能得到明显提高。在室温至600℃条件下TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的主要磨损机理为黏着磨损,200和400℃时的磨损率分别为0.0339×10^-3和0.1122×10^-3mm^3/(Nm),相较于TiAlSiN涂层分别降低了38%和57%,600℃时的磨损率接近TiAlSiN涂层。总体来说TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的性能高于单一的TiAlSiN涂层。     

调制比对AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层结构的影响及涂层刀具的切削性能

为解决硬质合金刀具切削淬硬钢时面临易磨损、寿命短的难题,在刀具表面涂覆硬度高、耐磨损的防护涂层是一种经济实用的方法。利用高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合技术制备了不同调制比的AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层,利用扫描电镜、纳米压痕仪、白光干涉仪等对多层膜的微观结构、力学性能以及涂层刀具的切削性能进行表征和分析。研究表明,当调制比为3∶1时,多层膜择优生长取向由(111)晶面转为(200)晶面,多层膜的表面致密度得到改善,层状结构明显,晶粒得到细化。此时,涂层硬度达25.7 GPa,临界载荷为79.6 N,耐磨性最强,磨损率为0.74×10^-6 mm³/(N·m),摩擦系数最低约0.45。将后刀面磨损带宽度0.3 mm作为磨钝标准,干切削淬火C1045中碳钢,AlCrSiN/AlCrMoSiN多层复合涂层刀具的寿命比AlCrSiN涂层刀具寿命提高1.2倍,比无涂层刀具寿命提高3.2倍。切削过程中多层复合涂层内部分Mo元素被氧化成层状MoO₃,起到润滑作用,有效降低了切削力和摩擦产生的切削热,延长了刀具...     

面向石墨模具精密加工的金刚石涂层结构及性能

金刚石涂层具有接近天然金刚石的超高硬度及耐磨性,被认为是精密加工石墨模具的理想刀具涂层材料.金刚石涂层与刀具基体间的结合力及涂层表面状态是高速干式切削加工质量及效率的关键,金刚石涂层前处理过程控制及涂层工艺是影响金刚石涂层刀具综合性能的重要因素.本工作基于热丝化学气相沉积技术,采用酸-碱-酸三步法对硬质合金材料进行前处理,在涂层沉积过程中采用大气流量及高炉压沉积工艺在刀具基体表面沉积金刚石涂层.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射光谱(XRD)对涂层微观结构及物相结构进行分析表征,利用纳米压痕仪对金刚石涂层硬度进行测试,利用喷砂试验测试金刚石涂层的抗冲刷性能,利 用石墨模具切削试验表征金刚石涂层刀具的切削性能.结果表明,金刚石涂层呈典型八面体结构,涂层与基体紧密结合、无明显孔隙,金刚石涂层刀具表面粗糙度为157 nm,sp3键含量大于98％,(涂层硬度大于90 GPa),涂层沿(111)面择优生长,抗冲刷时间大于150 s(0.5 MPa,120目),涂层刀具高速切削石墨模具2 h后,被加工面表面粗糙度小于1 μm,达到进口刀具水平.切削完成后刀具前刀面出现少量崩缺,前刀面磨损是此类刀具加工石墨模具的主要磨损形式.     

无氢DLC涂层的摩擦学性能

为了探究轮胎模具无氢类金刚石(DLC)涂层的摩擦学特性,增强轮胎模具的易脱模、防粘、自清洁性能以及提高轮胎质量与服役寿命,以轮胎模具常用的35钢为基体,利用电弧离子镀在基体试样上制备无氢DLC涂层,对涂层Raman光谱、表面粗糙度、表面微观形貌、纳米硬度、结合力和摩擦系数进行了分析,着重研究涂层摩擦前后表面微观形貌的变化以及摩擦磨损机理。结果表明:通过改变表面粗糙度可以有效降低涂层的摩擦系数,涂层摩擦系数随粗糙度减小而显著降低;在140℃高温条件下,摩擦系数最小低至0.363 4,且涂层纳米硬度可达32.45 GPa,弹性模量高达348.94 GPa。无氢DLC涂层完全满足轮胎模具减摩耐磨和自清洁性的使用要求,为制造高性能轮胎模具提供了一种可行的工艺选择。     

0Cr15Ni5Cu2Ti钢表面多弧离子镀TiAlSiN涂层的性能研究北大核心CSCD

采用多弧离子镀技术在0Cr15Ni5Cu2Ti钢表层制备TiAlSiN涂层;采用X射线衍射分析膜层的物相成分;利用显微硬度计检测涂层的硬度;利用扫描电镜观察TiAlSiN涂层的形貌;利用能谱仪对涂层表面的组成及含量采取分析;采用自动划痕仪测定涂层结合力;用高温热处理炉对涂层进行高温抗氧化实验。结果表明:基材经多弧离子镀膜,其表面均匀平整、致密度高,但有一定量的微孔洞和大颗粒。镀有TiAlSiN涂层的试样平均硬度达到1971.4HV0.2。镀有TiAlSiN涂层的试样与原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的相比,其氧化速率远低于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的,而高温抗氧化性优于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢。划痕实验结果表明:膜基结合力约10N,此次实验涂层与基材的结合力较低。     

0Cr15Ni5Cu2Ti钢表面多弧离子镀TiAlSiN涂层的性能研究

采用多弧离子镀技术在0Cr15Ni5Cu2Ti钢表层制备TiAlSiN涂层;采用X射线衍射分析膜层的物相成分;利用显微硬度计检测涂层的硬度;利用扫描电镜观察TiAlSiN涂层的形貌;利用能谱仪对涂层表面的组成及含量采取分析;采用自动划痕仪测定涂层结合力;用高温热处理炉对涂层进行高温抗氧化实验。结果表明:基材经多弧离子镀膜,其表面均匀平整、致密度高,但有一定量的微孔洞和大颗粒。镀有TiAlSiN涂层的试样平均硬度达到1971.4HV_(0.2)。镀有TiAlSiN涂层的试样与原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的相比,其氧化速率远低于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢的,而高温抗氧化性优于原始0Cr15Ni5Cu2Ti钢。划痕实验结果表明:膜基结合力约10N,此次实验涂层与基材的结合力较低。     

真空溅射沉积碳化钛工艺的研究

本文对在高速钢及硬质合金刀具上溅射沉积碳化钛工艺进行了实验研究，并通过优选，取得了一些 最佳工艺参数，对碳素工具钢和合金钢溅射工艺作了初步探索，对碳化钛涂层的纯度、硬度特别是结合 力和切削性能进行了测定，取得了结合力不低于气相沉积碳化钛和切削寿命提高一倍到几拾倍的良好成 果；还对影响结合力和溅射率的因素进行了分析讨论，找出提高结合力和溅射率的一些途径。 Ｉ