金属陶瓷切削刀具的耐磨涂层

沉积耐磨涂层的常规化学气相沉积和物理气相沉积方法已被证明不能有效地提高以Ｎｉ￣Ｍｏ基粘结剂粘结的ＴｉＣ基或ＴｉＣＮ基金属陶瓷的使用寿命，因为粘结剂与涂层之间会发生强烈的反应。现已开发了一种金属陶瓷切削刀具沉积碳化铬基多层涂层的新方法。这种方法包括真空处理 基体和沉积由碳化铬上层和碳化物层和基体之间Ｎｉ基中间层组成的涂层。经涂层的金属陶瓷可转位刀片的耐磨性由于涂层的独特结构及其优异性能而得到明显提高     

FeAl/Al_2O_3复合阻氚涂层制备技术的研究进展

FeAl/Al_2O_3复合膜层是聚变堆氚增殖包层及辅助涉氚系统结构材料首选的阻氚涂层。其制备过程通常需要铝化和氧化2个步骤,铝化是Al原子与基体Fe原子通过相互扩散在基体表面形成铁铝固溶体(Fe,Al)或Fe-Al金属间化合物过渡层;氧化是使铝化涂层表面选择性氧化形成Al_2O_3膜。该阻氚涂层的制备可采用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、热浸铝化(HDA)、包埋渗铝(PC)、等离子体喷涂(PS)和电化学沉积(ECD)等技术。相对而言,CVD、HDA和PC等3种技术有较好的应用前景,有望成为聚变堆中FeAl/Al_2O_3阻氚涂层工程化制备的候选技术而ECD技术因其制备过程容易控制、涂层性能稳定、可涂镀复杂结构件等特点在FeAl/Al_2O_3阻氚涂层制备方面颇具吸引力。     

PCBN刀具高速切削淬硬轴承钢的磨损机理研究

采用美国D.I.公司生产的BZN9000作为刀具材料制成PCBN刀具,在沈阳机床厂生产的CA6140A车床上对GCr15淬硬轴承钢进行高速切削试验。对切削试验后刀具的前、后刀面进行SEM形貌观察和EDS能谱分析,结果表明:PCBN刀具在高速切削过程中,机械磨损、黏着扩散磨损和化学磨损是刀具磨损的主要形式;前刀面磨损主要为月牙洼磨损,切削刃处、月牙洼后、前刀面处的黏着元素扩散比月牙洼底部还要严重;对后刀面的WDS线能谱分析证实,切削刃处的黏着元素扩散比后刀面要严重。      

钛合金表面TiB2涂层与纯铝的高温黏着磨损行为

航空发动机低压气机机匣内表面Al基封严涂层的使用,可以通过其自身的磨耗实现保护TC4叶尖的目的,但同时Al基封严涂层中以Al为主的基体材料易于大量黏着转移至TC4叶尖表面,使叶尖长度增加,影响发动机运行稳定性。采用直流脉冲磁控溅射工艺在钛合金表面沉积TiB₂涂层,以期实现抗Al黏着磨损目的。具有致密结构的TiB₂涂层在钛合金表面膜基结合临界载荷(LC4)达85.4 N。在高温销-盘摩擦磨损试验机上评价钛合金表面TiB₂涂层与纯铝销对摩(室温至450℃)的抗Al黏着磨损性能。与TC4基体相比较,TiB₂涂层可有效抑制Al的黏着转移。对摩铝销磨斑具有拖尾特征和剪切舌特征。铝销向TiB₂涂层表面的机械涂抹和铝销对Al黏着转移层的剪切去除作用相互竞争,共同控制Al的黏着转移行为。TiB₂涂层磨痕内保持低表面粗糙度可减小高温软化铝销的机械涂抹倾向。同时TiB2涂层与Al黏着转移层间优异的化学稳定性可阻碍界面反应进行,降低界面结合强度,进而促进铝销对Al黏着转移层的剪...     

DZ40M钴基合金铝化物涂层的循环氧化

以新型定向凝固钴基高温合金ＤＺ４０Ｍ为基体,研究其低压化学气相沉积铝化物涂层的循环氧化行为,发现该涂层具有较高的抗循环氧化性能,涂层与基体结合良好。涂层退化主要是由外表面氧化膜的愈合消耗Ａｌ源所造成,沉积渗剂中加入Ｔｉ可加速涂层的退化。     

物理气相沉积（PVD）TiN，TiCN和TiAlN涂层硬质合金刀具的车削性能

在WC-6wt％Co硬质合金刀片上沉积离子镀PVDTiN、TiCN涂层和高离子化溅射PVD TiAlN涂层。描述了涂层和基体的显微特征和力学性能。在以高低切削速度车测铬镍铁合金Inconel 718、中碳钢SAE 1045和球磨铸铁中对涂层刀具进行了测试。TiAIN涂层刀具显示出最好的金属切削性能，其次是TiCN和TiN涂层刀具。TiAIN涂层刀具优良性能在较高速度下更加突出．它与冷层较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力有关。这些特点是在TiAIN车削使用时刀尖通常遇到的温度下具有较高的红硬性和抗氧化性的结果。     

CVD法制备铝化物涂层组织结构的温度依赖效应

铝化物涂层制备技术由于非视线性沉积优势广泛应用于燃气轮机关键热端部件上,可在部件外表面以及内腔表面制备抗氧化耐腐蚀铝化物涂层。涂层的组织结构是影响其服役性能的关键,然而如何调控铝化物涂层的组织结构从而获得理想性能的涂层是目前研究的难点问题。针对这一问题,研究了关键制备参数温度对铝化物涂层组织结构的影响作用。首先,采用化学气相沉积方法(CVD)在Mar-M247镍基高温合金表面制备了不同沉积温度下的铝化物涂层。然后,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及能谱分析仪(EDS)分析了铝化物涂层的显微组织结构、物相组成以及合金元素在涂层中的分布情况。结果表明,不同沉积温度下所得到的铝化物涂层均为双层结构,外层是富含Al元素的β-NiAl层,内层为富含拓扑密排相(TCP)的互扩散层;随着沉积温度的升高,β-NiAl层与互扩散层的厚度逐渐增加,两者与温度之间具有正相关关系。本研究揭示的温度参数对铝化物涂层组织结构的作用规律可为高性能CVD法铝化物涂层的制备提供参考。     

Super304H钢表面铝扩散涂层的组织结构和抗蒸汽氧化性能

目的以Super304H钢为基体制备铝扩散涂层,提高其抗蒸汽氧化性能。方法通过料浆渗铝的方法在Super304H表面制备铝扩散涂层,采用不连续称重法对渗铝Super304H在650℃纯水蒸气中的氧化动力学进行研究,并使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对铝扩散涂层以及氧化膜的物相组成和微观组织结构进行表征和分析。结果渗铝过程中,料浆层中的Al向Super304H基体内扩散,而基体中的Fe向外扩散,形成接近化学平衡配比的FeAl外层和贫Al的FeAl中间层。Al不断通过FeAl层向奥氏体(γ)基体中扩散,使得基体中Al的浓度升高,当Al的浓度增加至临界值时,导致局部区域析出NiAl,后者的形核和长大进一步加剧其周围基体中Ni的贫化。随着γ基体中Ni元素含量的持续降低及Al含量持续升高,γ基体将变得不稳定,并逐步转变为铁素体(α-Fe),最终形成由α-Fe和弥散分布其中的NiAl相组成的互扩散层。在FeAl中Cr元素和水蒸气分子的共同作用下,铝扩散涂层在650℃纯水蒸气中形成连续致密且与基体结合紧密的α-Al_2O_3膜,显著地降低了Super304H的氧化速率。结论采用料浆渗铝法,可在Super304H钢表面制备出三层结构的铝扩散涂层,由外到内依次为FeAl外层、贫Al的FeAl中间层、由α-Fe和弥散分布其中的NiAl组成的互扩散层。这种结构的铝扩散涂层在650℃纯水蒸气中可形成α-Al_2O_3膜,降低Super304H的氧化速率,提高其抗蒸汽氧化性能。     

CVD多层涂层断裂方式及失效的微观机理分析

本文以TiN/Al₂O₃/TiAlCNO/TiCN/TiN CVD多层涂层为对象研究了CVD多层涂层的断裂方式和失效机理。采用扫描电镜和透射电镜观察多层涂层的断裂形貌和涂层界面微观组织，结果表明多层涂层的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂；Al₂O₃/TiAlCNO/TiCN涂层界面微观组织疏松有微裂纹等缺陷。采用电子探针分析了多层涂层界面的元素扩散行为，结果表明TiN/基体界面依靠机械结合、吸附结合、扩散结合和化学结合，界面强度高；Al₂O₃/TiAlCNO界面仅依靠吸附结合，界面强度低。通过计算得出多层涂层中存在残余热应力，它使多层涂层中产生较多微裂纹。因此，多层涂层失效源于涂层中微裂纹，界面结合强度低会加速涂层脱落。     

涂覆切削工具用的钛硼氮化合物某些特性的研究

对化学蒸镀沉积所产生的钛硼氮化合物涂层进行了研究。显微硬度随 B/(B+N)原子比的增大而直线增加,但立方硼氮化物涂层的抗氧化性不比氮化物层好。在钢材的机械加工中,刀具的 Ti(B+N)涂层对月牙洼磨损及后面磨损的耐磨性比 TiN 涂层要好得多。     

高速车削AISI 12L14易切削钢的刀具磨损机制研究北大核心

采用无涂层刀具和CVD涂层刀具对易切钢AISI 12L14进行高速车削加工,研究刀具在车削AISI 12L14时的刀具耐用度和刀具磨损机制。结果表明:CVD涂层刀具在高速车削时能在刀具表面形成良好的硫化物固体润滑带,而无涂层刀具则不能;CVD涂层前刀面主要发生粘结磨损,后刀面则为磨粒磨损。无涂层刀具在车削时,其前、后刀面磨损较厉害,其主要磨损形式为月牙洼磨损、氧化磨损和粘结磨损。     

CVD金刚石涂层硬质合金刀具研究进展

CVD金刚石涂层硬质合金刀具结合了金刚石和硬质合金的优异性能,是切削加工的理想材料,具有广阔的发展前景。当前限制CVD金刚石涂层刀具应用的主要问题是金刚石涂层与刀具基体之间的附着性能较差,其主要原因是粘接相Co对CVD沉积存在不利影响以及涂层与基体之间热膨胀系数存在较大差异。本文综述了提高界面结合强度和降低涂层表面粗糙度的方法,重点介绍了在界面添加过渡层来提高界面结合强度,并指出在硬质合金基体和CVD涂层之间添加过渡层和开发纳米CVD涂层是CVD金刚石涂层刀具今后的发展方向。     

CVD法在镍基高温合金表面制备改性铝化物涂层的研究进展

镍基燃气轮机空心叶片的发展和涡轮发动机进气口温度的提升,使传统的铝化物涂层制备工艺无法满足叶片需要的抗热腐蚀性能和抗高温氧化性能。CVD法(Chemical Vapor Deposition)能对空心叶片这种形状复杂、结构精密的零件进行涂层的制备,同时添加改性元素以提高涂层的综合性能。本文综述了铬、硅、活性元素(如Hf、Y)、铂族金属(如Pt、Pd)这4类改性元素的作用机理和对应的CVD法在镍基高温合金表面制备改性铝化物涂层工艺进展,并对其未来发展进行展望。     

CVD涂覆的工具钢激光淬火

近年来,钛基CVD涂层切削工具开始应用。厚度为6～9μm的涂层具有高硬度,低化学亲合力和低磨擦系数,从而获得了高耐磨性和寿命。最近开发了一种CVD-TiN涂层的工具钢激光淬火的工艺,激光器的工作频率在2kHz以上,功率为2kW的YAG(钇铝石榴石)激光光源,采用闭环过程控制;使用高速测温仪表,以△T=1K精度和小于1ms的响应时间,对加热表面的温度进行非接触式测量。通过这种方法,激光处理温度的偏差低于15K,CVD涂覆的工具钢硬度可高达64HRC(800HV),淬硬层深度0.7mm,且不破坏TiN涂层。与传统的真空淬火相比,激光淬火的主要优点是工件的热变形极小。耐磨试验表明激光淬火的切削刀具,力学性能与真空淬火的相当。     

γ—Al2O3 CVD涂层的显微结构和性能

本工作研究了化学沉积Al2O3涂层的显微结构和磨损性能。800℃下，在硬质合金基体上已预涂有TiN和Ti(C,N)涂层上沉积γ-Al2O3涂层。利用透射显微镜、电子能谱仪和X－射线衍射来检测γ-Al2O3涂层的显微结构和表面形核对γ-Al2O3生长的影响。γ-Al2O3涂层是高密度{111}面挛晶细晶粒结构，并且含有一些残留的S。在所研究的基体上发现γ-Al2O3涂层择向性生长。用金属切削来评定γ-Al2O3涂层刀具的是，γ-Al2O3涂层显示出比k-Al2O3涂层有更好的抗前刀面月牙洼磨损性能。     

CVD涂覆的工具钢激光淬火

近年来,钛基CVD涂层切削工具开始应用,厚度为6-9μm的涂层具有高硬度,低化学亲合力和低磨擦系数,从而获得了高耐磨性和寿命。最近开发了一种CVD-TiN涂层的工具钢激光淬火的工艺,激光器的工作频率在2kHz以上,功率为2kW的YAG（钇铝石榴石）激光光源,采用闭环过程控制;使用高速测温仪表,以△T=1K精度和小于1ms的响应时间,对加热表面的温度进行非接触式测量,通过这种方法,激光处理温度的偏差低于15K,CVD涂覆的工具钢硬度可高达64HRC（800HV）,淬硬层深度0.7mm,且不破坏TiN涂层。与传统的真空淬火相比,激光淬火的主要优点是工件的热变形极小,耐磨试验表明激光淬火的切削刀具,力学性能与真空淬火的相当。     

C/C复合材料ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的微观结构及氧化机理

为提高C/C复合材料在高温富氧环境中的抗氧化性能,采用两步刷涂+化学气相沉积法在C/C复合材料表面制备含Si_3N_4、MoSi_2、TaC等添加剂的ZrB_2-SiC基多层复合陶瓷涂层。利用XRD和SEM等分析测试手段研究涂层的物相组成和微观结构,并分析讨论涂层在900和1500℃的等温抗氧化机理。结果表明:利用两步刷涂+化学气相沉积法制备的ZrB_2-SiC基复合陶瓷涂层整体厚度约为200μm。Si3N4、MoSi_2可很好地促进ZrB_2-SiC基氧阻挡层的高温烧结,使涂层致密化,并提高涂层在900℃的抗氧化性能;与之相比,TaC则不能很好地发挥致密化作用,对涂层在900℃时抗氧化性能的提高有限。在900℃时,ZrB_2-SiC基陶瓷涂层的氧化过程主要受氧在涂层孔隙等缺陷中的扩散所控制,添加剂主要通过改变涂层的致密化程度来影响涂层的抗氧化性能。在1500℃氧化过程中,涂层抗氧化性能恶化,但致密的化学气相沉积SiC封填层的引入可显著改善涂层在1500℃时的抗氧化性能,涂层表面生成了完整的含有ZrO_2和ZrSiO_4等高熔点颗粒的SiO_2玻璃态氧化膜,为基体提供有效的氧化防护。     

采用CVD法制备空心叶片内腔铝化物涂层

采用自主研制的化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)内腔铝化物涂层设备及工艺在空心叶片内腔微小冷却通道制备了铝化物涂层。借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等方法分析了空心叶片内腔及微小冷却通道不同部位的涂层厚度以及涂层的表面形貌、元素成分和相组成。结果表明:自主研制的CVD内腔渗铝设备及工艺可靠,涂层厚度达33～39μm,内腔涂层完整均匀,不存在漏渗;涂层主要分为内外两层,外层主要由β-Ni Al相组成,Al含量为26. 85wt%,对基体可以进行有效地防护,具有广阔的工程化应用前景。     

氮化铬铝涂层PCBN刀具旋风硬铣切屑宏观特征研究

氮化铬铝具有比氮化钛铝更高的硬度和抗氧化性,能否作为PCBN刀具的涂层需要进行试验研究验证.通过对氮化铬铝涂层PCBN刀具在硬态旋风铣削淬硬钢GCr15平均硬度为63.5HRC)加工中,选用不同的切削参数、冷却方式和刀具个数的研究,从而得出氮化铬铝涂层PCBN刀具旋风硬铣加工的特点和应用范围,对涂层刀具的研究和切屑预报研究提供了依据.     

化学气相沉积制备硬质合金刀具涂层研究进展

化学气相沉积技术(CVD)广泛应用于硬质耐磨涂层的生产中,该类涂层可大大提高硬质合金工具的耐磨性和寿命。综述了CVD涂层技术在硬质合金切削刀具中的应用研究进展,首先介绍了CVD涂层技术的原理及其发展历程;其次阐述了模拟计算方法(相图计算、流体力学计算、第一性原理计算、相场模拟、机器学习等)在CVD涂层中的应用;再次介绍了CVD涂层的沉积实验及结构和性能表征方法;最后列举了几种典型的硬质合金刀具用CVD涂层,以期为高性能涂层的智能设计、智能集成和智能研发提供新的思路:即把多尺度计算模拟、科学数据库和关键实验集成到硬质涂层开发的全过程中,通过对成分-工艺-结构-性能进行关联分析,将耐磨涂层的研发由传统经验或者半经验方式提升到科学的微结构智能设计上,以实现基体与涂层微结构调控和性能的协同优化,获得最佳的综合性能。