阴极电弧技术制备TiAlN与TiAlSiN涂层的性能研究

阴极电弧技术(cathode arc technology)具有真空蒸镀及溅射镀膜的优点,目前而言该技术还在被不断地研究与发展。文章介绍了阴极电弧技术及其特点,分析了该技术制备的Ti Al N与Ti Al Si N涂层的微观结构以及元素的存在形式,并举例说明该技术制备的Ti Al N与Ti Al Si N涂层的物理性能及其应用。     

阴极电弧制备AlTiN和TiAlSiN涂层的性能及铣削性能

采用阴极电弧离子镀技术在YG10硬质合金试片及铣刀上分别制备了厚度为为2.604μm和2.798μm的纳微米AlTiN和TiAlSiN涂层,采用实验方法研究涂层的微观结构、力学性能,以及涂层刀具铣削HT200时的铣削性能。实验研究结果表明:制备的AlTiN及TiAlSiN涂层的硬度分别为29.14 GPa及38.94 GPa,Si元素的添加细化涂层组织结构,TiAlSiN涂层的断面结构更为致密,涂层的硬度及耐磨性显著增加。AlTiN及TiAlSiN涂层与基体的结合强度等级分别满足工业等级的HF3、HF1要求,TiAlSiN涂层表现出较好的膜基结合性能。相较于AlTiN涂层,TiAlSiN涂层刀具表现出较小的切削力。此外,TiAlSiN涂层比AlTiN涂层拥有较好的抵抗磨损的能力。     

梯度硬质合金金刚石涂层刀具的切削性能研究

梯度硬质合金是金刚石涂层产品新的基体材料.现场切削实验可有效、直观地评价金刚石涂层刀具的性能。采用梯度硬质合金金刚石涂层可转位刀片车削硅铝合金,研究切削参数对加工面质量及刀具磨损的影响。结果表明,梯度硬质合金金刚石涂层刀具加工的工件面粗糙度低、光泽度好且不黏刀。切削20min后,加工面粗糙度最佳值为1.57μm,刀具后刀面磨损为0.1mm,远小于失效判据VB=0.30mm,是很好的金刚石涂层产品基体材料。     

基于多弧离子镀TiAlCN涂层的结构、力学及切削性能研究

为提高硬质合金刀具的切削加工性能,研究基于多弧离子镀技术在316L不锈钢及硬质合金(WC/Co)刀具表面制备了C掺杂TiAlCN涂层。首先采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)分析了TiAlCN涂层的表面形貌、元素成分、物相结构、碳峰位及化学态信息;然后通过二维触针轮廓仪、三维光学轮廓仪、纳米压痕仪及摩擦磨损试验机表征了TiAlCN涂层的表面粗糙度、三维形貌、纳米硬度、弹性模量及摩擦系数;最后利用高速切削测试验证了TiAlCN涂层的切削加工性能。结果表明：TiAlCN涂层表面致密光滑,无针孔、凹坑等缺陷,表面粗糙度Ra为0.066μm;TiAlCN涂层的物相组成复杂,主要为TiN、Ti(C,N)及Ti₃Al(C,N),且涂层中形成了以sp²及sp³形式杂化的非晶碳;TiAlCN涂层的纳米硬度(H)、弹性模量(E)及H/E、H³/E²分别为34.18 GPa、398.57 GPa及0....     

新型陶瓷刀具的切削性能研究

本文研究了山东工业大学机械工程学院研制的新型陶瓷刀具材料（包括ＪＸ－２，Ｈ５，Ｈ１３和Ｈ２１等）分别切削铸铁（ＨＴ２０）淬火４５号钢和难加工材料ＧＨ９９时的切削性能，探讨了各陶瓷刀具的抗磨损能力，实验研究了切削速度和进给量对刀具磨损的影响，并对切削条件进行了优化。     

电弧离子镀NiCrAlY涂层在900℃的高温氧化行为

通过对镍基单晶合金和NiCrAlY涂层进行在900℃的氧化动力学曲线测定及组织形貌观察,研究了电弧离子镀NiCrAlY涂层对镍基单晶合金高温氧化行为的影响。结果表明,在高温氧化期间,镍基单晶合金发生明显的氧化、内氧化和内氮化,在表层为Al2O3、Cr2O3的混合氧化物;镍基单晶合金经电弧离子镀NiCrAlY涂层,可有效改善合金的抗氧化性能;涂层在900℃氧化动力学质量增加曲线遵循抛物线规律,其形成的Al2O3氧化膜氧化期间不发生明显的剥落。     

电弧离子镀/磁控溅射复合真空退火制备Ti2AlC涂层

采用自主研发的大弧源技术,复合中频磁控溅射石墨靶,避免H元素的引入,在锆合金表面快速沉积了致密、超厚(约20μm)的Ti–Al–C涂层。经过不同温度(550、650、750和850°C)和时间(1、2和3 h)的真空退火后发现,至少在650°C才能获得Ti_2AlC结构,更高的温度会加速Ti_2AlC的生成。高温沉积对制备Ti_2AlC相涂层而言是必备的。     

炮钢表面电弧离子镀NiCrAlY涂层950℃的高温氧化行为

用电弧离子镀方法在炮钢表面制备NiCrAlY涂层,涂层在空气中950℃恒温氧化100h,借助X-射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对涂层表面氧化膜进行分析,检测其高温抗氧化能力。结果表明,电弧离子镀NiCrAlY涂层950℃空气中氧化100h后表面形成Al2O3、Fe2O3和NiCr2O4三种氧化物,涂层大大提高了炮钢的高温抗氧化性;涂层中的Ni元素与基体中的Fe元素发生剧烈互扩散而在界面两侧呈均匀梯度分布,Cr元素在界面富集,Al元素在界面与O反应形成较致密的Al2O3氧化层;由于扩散和氧化作用,涂层中的相由原来的β-NiAl、γ'-Ni3Al、γ-Ni与α-Cr变为γ'-Ni3Al、(Ni,Fe)、(Fe,Ni)与α-Cr。     

电弧离子镀不同色泽TiN薄膜的工艺研究

采用电弧离子镀的方法,在硅片上制备TiN仿金装饰膜层,主要研究氮气分压和基体偏压两个工艺参数对TiN薄膜色泽的影响。结果表明,氮气压强对TiN薄膜的色泽有明显的影响和控制作用。随着氮气分压的增大,薄膜的色泽由浅黄色向红棕色变化。实验发现,基体偏压对膜层的色泽也有一定的影响,当氮气分压一定时,施加偏压所得TiN薄膜比不施加的颜色更浅。可见,通过调节基体偏压和氮气流量,可以获得所需颜色的TiN薄膜。     

阴极电弧离子镀ZrN梯度膜和Zr/ZrN多层膜的腐蚀特性

采用阴极电弧离子镀技术在1Cr13不锈钢表面制备了ZrN梯度层和Zr/ZrN多层膜,并用电化学腐蚀方法和中性盐雾法检测了1Cr13基体、ZrN梯度层和Zr/ZrN多层膜的耐腐蚀性能.结果表明:Zr/ZrN多层膜和ZrN梯度层均能提高1Cr13基体的抗腐蚀能力,而Zr/ZrN多层膜的效果更明显:镀层的内部缺陷(如微孔)和液滴导致薄膜发生孔蚀、隙缝腐蚀和电偶腐蚀;镀层保护的实质是物理屏障作用,细化晶粒、减少膜层中的液滴及针孔等缺陷能显著提高薄膜的抗腐蚀性能.     

薄膜涂层刀具

金刚石作为磨料不适于加工铁金属，这基于如下认识：Fe、Co、Ni等Ⅷ族元素金属在熔融状态下是碳的溶剂，因此，加工过程中切削区的局部高温将使构成金刚石的碳原子溶入金属品格中，金刚石磨粒将因失去切削刃而无法继续工作；同时，金刚石磨具对工件的加工是以工作面上密布的金刚石颗粒为微切削刃来切削的，这些切刃数量多、出刃低，在磨削强度高、韧性大、塑性大的金属材料时，很容易因堵塞而无法使用。     

温度对电弧离子镀CrN过程等离子体状态及涂层结构和力学性能的影响

先采用发射光谱法分析了在不同温度下电弧离子镀CrN涂层过程中的等离子体状态,并在假设局部热力学平衡的条件下计算了等离子体密度,用玻尔兹曼作图法计算了等离子体温度。根据Cr靶弧光放电特点选择镀膜工艺,在不同温度下制备了CrN涂层,并研究了其微观结构和力学性能。结果表明：随着温度升高,光谱强度先升高后降低,在350°C下电弧离子镀时等离子体光谱强度、等离子体密度及等离子体温度均最高,所得CrN涂层最致密。450°C时所得CrN涂层的纳米硬度和弹性模量都最高,力学性能最优。     

微粒金刚石烧结体刀具的切削性能

电气、光学制品都是由非常精密的元件组成的，随着产品小型轻量化向更高层次发展，正在谋求元件精度的进一步提高。加工这类元件一般使用单晶金刚石刃口刀具，但由于单晶的缘故，随结晶取向而表现出解理性，加工中刀尖时而会发生崩刃，使得加工稳定性不足。若使用金刚石烧结体作刀具，则无上述的解理性，但由于构成烧结体的粒子粗，加工表面粗糙度不如单晶金刚石。通过在制作金刚石烧结体所用的烧结助剂——碳酸镁中添加草酸二水合物，可以制作出原材料为亚微米金刚石粒子的金刚石烧结体，该烧结体刀具精密加工铝合金的结果表明，加工表面粗糙度可等同或优于单晶金刚石，且刀尖的耐磨性和抗崩刃性均高于单晶金刚石。     

芳纶纤维复合材料切削性能与刀具选用

针对芳纶纤维复合材料的性能,进行了相应的车削、铣削和钻削基础工艺试验。结果表明,该材料呈现出切削力大、切削热不易散发、切削刀具磨损剧烈、树脂基材料影响切削性能、加工缺陷多,质量不稳定等切削性能;提出了相应切削刀具材料的选用原则,即应采用高硬耐磨的硬质合金或金刚石刀具材料进行切削;提出了车削、铣削、钻削加工该复合材料的刀具应具备的结构形式和几何参数。     

Si含量对电弧沉积TiAlSiN薄膜性能的影响

利用等离子体辅助电弧沉积技术制备了不同成分的TiAlSiN多元薄膜,并研究了Si含量对薄膜组织结构、显微硬度和耐磨性的影响。XRD物相分析表明:薄膜主要由AlN和TiN组成。随着膜层中Si含量的增加,薄膜的结构由明显的柱状晶转变为致密的玻璃态结构,显微硬度逐渐提高,耐磨性能得到明显改善。     

TiB_2涂层阴极

TiB_2涂层阴极即带有TiB_2涂层的阴极。这种阴极在铝电解槽中使用时,电流效率高,可达93.52％;炉底压降低,达300vm;使用寿命长(不低于5年)阴极表面干净,很少结壳;工人劳动强度大大降低;而且对厚铝质量没有影响。 TiB_2涂层阴极炭块制造方法如下: 如果是在现有阴极炭块上涂层,须将炭块加热至150～220℃,在其表面上先涂一层不含TiB_2的炭糊过渡层,再涂上含有TiB_2的涂层,经压平后,装入焙烧炉中按普通炭块的焙烧制度焙烧。     

涂层技术及刀具涂层知识

1,氮碳化钛（TiCN）涂层比氮化钛（TiN）涂层具有更高的硬度。由于增加了含碳量,使TiCN涂层的硬度提高了33%,其硬度变化范围约为Hv3000~4000（取决于制造商）。2,CVD金刚石涂层：表面硬度高达Hv9000的CVD金刚石涂层在刀具上的应用已较为成熟,与PVD涂层刀具相比,CVD金刚石涂层刀具的寿命提高了10~20倍。金刚石涂层刀具的高硬度,使得切削速度可比未涂层的刀具提高2~3倍,使CVD金刚石涂层刀具成为有色金属和非金属材料切削加工的不错选择。3,刀具表面的硬质薄膜对材料有如下要求：1硬度高、耐磨性能好;2化学性能稳定,不与工件材料发生化学反应;3耐热耐氧化,摩擦系数低,与基体附着牢固等。单一涂层材料很难全部达到上述技术要求。     

电弧离子镀技术在航空工业上的应用

在航空工业中,电弧离子镀技术是一项很重要的镀膜技术,介绍了电弧离子镀的基本原理与特点,并结合国内外航空工业中航空发动机、复合材料领域的研究与发展,重点介绍了电弧离子镀技术在我国航空工业,尤其是航空发动机叶片、复合材料制件上的工程应用。     

含三元烧结助剂的氮化硅陶瓷刀具切削性能研究

利用三元烧结助剂MgO-Lu_2O_3-Re_2O_3(Re代表La、Gd、Er、Yb)对Si_3N_4陶瓷粉体进行热压烧结制成刀具,对一部分SN-Lu Yb样品再进行热处理,以使Si_3N_4陶瓷晶间玻璃相转变为结晶相。对以上所有样品进行断裂韧性、维氏硬度和XRD测试,然后在同工况下切削铸铁HT250。采用SEM和EDS分析切削后刀具的磨损表面形貌和元素成分。研究表明,利用三元烧结助剂MgO-Lu_2O_3-Re_2O_3烧结制备的Si_3N_4陶瓷样品完全满足切削刀具的使用要求,在切削铸铁HT250实验中,刀具磨损形式主要为磨粒磨损和粘结磨损,所有样品的切削寿命均超过了进口同型号Si_3N_4刀具,另外,经过热处理的SN-LuYb的切削寿命大幅提高了137%,说明晶间第二相对Si_3N_4陶瓷的抗磨损能力有决定性影响。     

活性阴极涂层的工业化试验研究

介绍了两种国产活性阴极涂层和英国ICI公司阴极涂层在相同条件下的生产试验对比情况。论证了电解槽阴极涂敷活性涂层是节约电能的最主要手段。