基体偏压对TiAlN涂层性能的影响

基体偏压是多弧离子镀沉积TiAlN涂层工艺中的一个重要参数,它对涂层的结构以及涂层生长速度有重要影响.通过改变沉积过程中的基体偏压,发现TiAlN涂层表面熔滴的密度和直径随基体负偏压的增加而减小,涂层的显微硬度随着基体负偏压的增加而增加,孔隙率随着基体负偏压的升高而降低.     

偏压对MPP制备AlTiSiN纳米复合涂层结构及性能的影响

目的实现对AlTiSiN纳米复合涂层微观组织结构的调控及力学性能优化。方法利用可调控脉冲磁控溅射技术,通过调控基体偏压(-50～-250 V)制备了不同偏压条件下的AlTiSiN纳米复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)、薄膜综合性能测试仪及球盘摩擦试验仪,测试了涂层的微观组织结构、组成成分、表面形貌、力学性能及摩擦学性能。结果偏压对涂层元素组成影响不大。微观组织结构方面,不同偏压条件下制备AlTiSiN纳米复合涂层的晶面衍射峰宽化现象明显,呈现纳米晶组织结构。-200V条件下制备的涂层的晶面衍射峰呈"馒头峰"形态,表明涂层结晶性能出现明显下降,呈类非晶组织结构;偏压升至-250V时,高能离子对涂层生长表面的持续轰击作用,使得涂层生长表面升温明显,导致结晶性能出现明显改善。涂层表面光滑致密,表面粗糙度最低可达1.753nm。力学性能方面,随基体偏压的升高,涂层硬度在取得最大值后逐渐下降,最高硬度可达25.9 GPa,H/E*系数可达0.13。摩擦学性能方面,偏压为-200 V时,涂层磨损率取得最小值4.7×10~(-15) m~3/(N×m)。结论改变基体偏压,成功实现了涂层微观组织结构的调控生长,进而达到了优化涂层组织结构、力学性能及摩擦学性能的目的。     

车削速度对GH4169加工表面完整性的影响

加工表面完整性对材料的服役性能有着重要的作用。使用陶瓷刀具,对高温合金GH4169进行车削加工,分析不同车削速度对表面完整性各特征参量的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和XRD等仪器对表面微观结构、显微硬度和残余应力进行观测。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大而减小;加工表层存在滑移,且有明显的加工硬化现象,表层显微硬度随着车削速度的增大呈现增大趋势;轴向表面残余应力均为拉应力,且随着车削速度的增大拉应力先增大后减小,原因在于当速度增大至一定程度时,热量短时间内无法传递到工件内部,导致热效应的作用效果减弱。     

沉积偏压对MoN涂层结构和柴油中摩擦学性能的影响

目的 研究沉积偏压对MoN涂层微观结构、性能,以及在柴油介质中摩擦学行为的影响机制。方法 采用磁控溅射技术在304不锈钢基体上沉积MoN涂层。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、X射线能谱仪、原子力显微镜、纳米压痕仪、薄膜应力测试仪和电化学工作站研究MoN涂层的微观结构、成分、表面粗糙度、力学性能、耐腐蚀性能。利用球−盘式摩擦实验机和激光拉曼光谱仪对MoN涂层在0号柴油中的摩擦学行为及机制进行研究。结果 随着偏压的增加,涂层的厚度和膜−基结合力均呈先增大后减小的趋势;涂层的表面粗糙度、内应力和硬度呈先升高后降低的趋势。在偏压为−120 V时,沉积的γ-Mo2N涂层组织致密、表面光滑(Sa 7.78 nm)、硬度高(18.02 GPa)、膜−基结合力高(253 mN)。随着偏压的增加,涂层的摩擦因数呈先减小后增加的趋势。在偏压为−120 V时,沉积的γ-Mo2N涂层的摩擦因数和磨损率均最小,分别为0.10和1.8×10⁻⁷ mm³/(N∙m)。拉曼光谱分析结果表明,在摩擦催化作用下,柴油在磨痕表面产生了碳基膜。此外,通过电化学腐蚀分析发现,在偏压−120 V下沉积的γ-Mo2N涂层具有优异的耐腐蚀性能。结论 MoN涂层结构、性能受到偏压的影响显著。柴油在摩擦催化作用下发生了降解,形成了碳基膜,这有利于降低MoN涂层的摩擦因数和磨损率。     

脉冲偏压占空比对复合离子镀TiCN涂层结构和性能的影响

采用多弧离子镀和磁控溅射复合离子镀技术在高速钢基底上制备TiCN涂层,通过改变脉冲偏压占空比的大小获得了不同的涂层试样,利用台阶仪、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、维氏硬度计等对涂层进行表征,研究占空比对TiCN涂层组织结构和力学性能的影响。结果表明：随着脉冲偏压占空比的增加,TiCN涂层的表面大颗粒逐渐减少,表面形貌得到改善。涂层结构中,（111）晶面的择优取向趋势明显,沉积速率和显微硬度均出现先增大后减小的趋势,且在占空比为40%时均达最大值。TiCN涂层的最高硬度为3 800 HV0.025,约为基底硬度的4倍。     

多齿梳刀与D型刀片车削GH4169高温合金的对比研究

GH4169合金具有良好的高温特性,是国家航空航天领域的关键材料,但其可加工性极低。为了提高加工GH4169合金的效率,本文从刀具切削点数量入手,采用多齿梳刀车削GH4169合金,研究新型高温合金车削工艺,并与一般车削工艺进行对比实验。实验结果显示:两种刀具,切削深度均是切削力的主要影响因素;梳刀单齿切削力小,能有效分散切削力;对于D型刀片,切削速度是表面粗糙度的主要影响因素,对于梳刀,切削深度是表面粗糙度的主要影响因素;相同切削量条件下,梳刀刀刃磨损量小于D型刀片;D型刀片切屑为长螺旋型卷屑,梳刀切屑则为不规则缠绕屑,能有效断屑。梳刀较D型刀片对GH4169高温合金具有更好的切削性能。     

基底偏压对电弧离子镀制备AlCrVN涂层微结构及力学性能的影响

目的 研究基底偏压对AlCrVN涂层微结构及力学性能的影响。方法 采用电弧离子镀技术,使用合金靶AlCrV,纯N₂作为引弧介质和氮源,在不同的基底偏压下制备AlCrVN涂层,对AlCrVN涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦因数及磨损率进行测试分析,作为对比制备了AlCrN涂层。结果 AlCrVN涂层为柱状晶结构,由面心立方CrN为基础的(CrV)N置换固溶体相和Cr₂N六方相2种晶相组成,随着基底偏压的增大,涂层衍射峰强度及位置变化不明显;涂层表面的大颗粒数量减少,凹坑增多;涂层硬度由50V时的22 GPa增大到150 V时的24.2 GPa,200 V时硬度值减小到22 GPa;摩擦因数由0.42增大到0.71;磨损率由6.4×10^-7 mm³/(N·m)逐渐增大到13.2×10^-7 mm³/(N·m)。结论 基底偏压对AlCrVN涂层性能影响较大,低偏压(50V)时,涂层的摩擦因数、磨损率最低,耐磨性能最好。含V元素的AlCrVN涂层的力学和摩擦学性...     

激光与氩弧重熔热喷涂涂层的表面性能

采用电弧喷涂方法制备了合金涂层,然后使用氩弧和激光重熔技术分别获得了具有冶金结合的耐磨涂层。对涂层进行了硬度试验、高温冲蚀磨损试验和显微组织试验,并进行了分析和比较。结果表明,熔覆层表面硬度高达1200HV,是20G钢的6～7倍,组织均匀,与基体之间冶金结合,耐高温冲蚀性能为20G钢的2.5～4倍。对两种熔覆技术进行了比较。     

CNC车削加工中估价刀具磨损的计算机算法(二)

为了增加车削加工的生产率,最近人们对车削加工中刀具的磨损评估和分类作了一些研究.可以用许多模型预算刀具的后面和月牙洼磨损,这类模型有统计学的,模式识别的,定量的和神经网络的模型.本文中,介绍一种估计后面和月牙洼磨损的一种新的定量的模型的计算机法.首先,基于进给和径向力的增加与后面磨损平均宽度的相互关系,开发出一定量的模型.随后,介绍一个在车削加工中与刀具上形成的后面和月牙洼磨损相关的声发射(AErms)模型.用第一个模型估计磨损,然后用第二个模型预断刀片上的月牙洼磨损.也调查研究了车削加工中,后面和月牙洼磨损对AErms产生的影响.另外,也调查了屑流方向和刀具--切屑前刀面界面区.实验结果表明,基于上述陈述的算法,开发出的计算机程序,估价刀具后面磨损有很高的精度.     

电弧离子镀偏压对TiAlSiN涂层结构及性能的影响

目的 探究脉冲偏压对TiAlSiN涂层结构及力学性能、耐磨性能、抗氧化性能的影响规律及机制。方法 采用阴极电弧离子镀膜技术,调控偏压参数并在M2高速钢上沉积TiAlSiN涂层,利用SEM、XRD、3D轮廓仪、金相显微镜、划痕仪、摩擦磨损试验仪等仪器及高温氧化试验,对涂层结构及性能进行分析表征。结果 偏压为50 V时,涂层主要为AlN相;偏压高于75 V时,涂层以固溶的(Ti,Al)N相为主,TiAlSiN涂层存在较强的(200)面择优取向。偏压由50 V增大至150 V时,涂层的致密性增加,表面粗糙度先降低后上升,涂层结合力先增大后降低。TiAlSiN涂层的磨损方式主要是磨粒磨损,受物相结构、涂层致密性的影响,偏压为100~150 V时,涂层的耐磨性能优异。涂层1000 ℃氧化4 h后,表面氧化程度不同,主要受物相结构、致密性、表面孔隙的多重影响,hcp-AlN相比(Ti,Al)N相更易氧化;偏压增大使得涂层沉积更为致密,氧化层深度变浅;涂层孔隙增加,表面形成的Al2O3团簇增多。结论 偏压100 V下TiAlSiN涂层的综合性能最优,涂层结合力为46.7 V,硬度为3276HV0.025,表面粗糙度最低,耐磨性能较好且高温下抗氧化性能最强。     

TiAlN,TiAlSiN涂层的制备及其切削性能

目的研究TiAlN及TiAlSiN涂层的微观结构及力学性能,以及硬质合金涂层刀具切削SUS304不锈钢的切削性能及磨损行为。方法采用阴极电弧离子镀技术在硬质合金试片及铣刀上分别制备纳微米TiAlN及TiAlSiN涂层。通过X射线荧光测量系统测量涂层的厚度,用扫描电镜(SEM)观察涂层表面形貌,用能谱仪(EDAX)分析涂层元素成分,用X射线衍射(XRD)分析涂层晶相结构,用纳米压痕仪表征涂层硬度,用洛氏硬度计定性测量涂层结合力,通过高速铣削试验探究涂层刀具的切削性能及磨损行为。结果 TiAlN及TiAlSiN涂层的厚度分别为3.32μm和3.35μm,表面致密、光滑,高分辨率(20 000×)下观察到涂层表面有液滴、针孔及凹坑存在。Si元素促进了Ti N(200)晶相的生长,晶粒尺寸减小,硬度增加。TiAlN及TiAlSiN涂层的显微硬度分别为29.6 GPa及37.7 GPa,结合力分别满足VDI-3198工业标准的HF3和HF1等级。在130 m/min的高速切削条件下,TiAlSiN涂层刀具寿命约为未涂层刀具的5倍,TiAlN涂层刀具的1.5倍。结论 Si掺杂制备的TiAlSiN涂层具有高的硬度及良好的抗粘附性,更适用于不锈钢材料的高速切削加工。     

(Ti,Al)N涂层的织构特征和切削性能研究

借助EPMA、XRD、SEM、EDX、纳米压痕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涂层的微观组织结构和切削性能。研究表明:(Ti,Al)N涂层为面心立方的的平直的柱状晶;(Ti,Al)N涂层因其高的硬度和良好的抗氧化性能大大地提高切削寿命。     

Al含量对Ti1-xAlxN涂层组织结构、力学性能和铣削性能的影响

目的研究不同Al含量对Ti_(1-x)Al_xN涂层的影响,以获得铣削铸铁材料性能最佳的Ti AlN涂层。方法采用阴极电弧蒸发沉积法在WC-Co硬质合金表面制备两种不同Al含量的Ti_(0.5)Al_(0.5)N和Ti_(0.33)Al_(0.67)N涂层,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针微区分析仪(EPMA)分析合金的微观组织和成分组成,通过CSM纳米硬度计和纳米划痕仪测定涂层的纳米硬度、弹性模量、抗塑性变形因子、显微硬度耗散系数MDP和划痕裂纹扩展阻力CPRs等性能指标,同时比较不同Al含量涂层刀片在铣削灰口铸铁HT250和球墨铸铁QT450时的性能和磨损机理。结果 Ti_(0.5)Al_(0.5)N和Ti_(0.33)Al_(0.67)N涂层主要物相均呈NaCl型面心立方结构,以(200)方向为择优取向,且高铝涂层的XRD衍射峰向高角度偏移量大于中铝涂层,说明高铝涂层具有更高的铝固溶量。与Ti_(0.5)Al_(0.5)N涂层相比,Ti_(0.33)Al_(0.67)N涂层的抗塑性变形因子较小,MDP和CPRs较大,表现出更优的塑性、韧性和膜基结合力。在铣削HT250和QT450时,Ti_(0.33)Al_(0.67)N涂层刀片的平均寿命分别为30、60 min,相比Ti_(0.5)Al_(0.5)N涂层,切削性能更好。结论对于Ti AlN涂层来说,提高Al的质量分数至67%可以获得更优的塑性、韧性和膜基结合力,在铣削HT250和QT450时,Ti_(0.33)Al_(0.67)N涂层刀片的切削性能较优。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

镁合金表面非平衡磁控溅射CrN镀层结合性能和摩擦磨损性能

采用不同偏压闭合场非平衡磁控溅射技术在镁合金表面沉积Cr-N镀层,分别对镀层的组织结构、厚度、结合性能和摩擦磨损性能进行了表征和分析。结果表明,镀层主要由Cr(N)相和少量Cr2N相组成。在偏压为60V时镀层具有较高的硬度、良好的结合性能和摩擦磨损性能。偏压进一步升高,虽然镀层硬度有所提高,但结合性能和抗磨性能均下降。     

纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构和性能的影响

目的 研究纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构及性能的影响。方法 采用电磁永磁共控的阴极电弧离子镀技术,使用纯N2和合金CrW靶及纯金属Mo靶,制备不同调制周期厚度的CrWN/MoN纳米多层涂层,对CrWN/MoN纳米多层涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦系数和磨损率等进行分析。结果 CrWN/MoN纳米多层涂层由面心立方CrWN与六方d-MoN两相组成。随着调制周期减小,CrWN/MoN纳米多层涂层衍射峰强度逐渐减弱,d-MoN(202)衍射峰消失,涂层表面的大颗粒数量减少,表面质量得到改善。随着调制周期由45 nm减小到13 nm,涂层的硬度由29.4 GPa逐渐减小到25.5 GPa,当调制周期为8 nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层硬度与弹性模量均达到最大值,分别为30.2 GPa和354.6 GPa。随着调制周期的减小,CrWN/MoN纳米多层涂层平均摩擦系数由0.45逐渐减小到0.29,磨损速率由4.2×10^?7 mm³/(N.m)逐渐减小到3.3×10^?7 mm³/(N.m)。结论 调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层性能影响较大,调制周期厚度为8 nm时,CrWN/MoN纳米多层涂层的硬度最大,耐磨性能最好。     

GH4169高速铣削加工残余应力分布规律试验

目的通过研究GH4169高速铣削过程中切削工艺参数对加工残余应力的影响规律,改进工艺参数的选取,提高此类零件的疲劳寿命。方法设计了GH4169高速铣削工艺参数与加工残余应力之间的单因素试验。通过仅改变一个切削参数、其余切削参数不变的方式,得到了工件表面残余应力和切削深度方向残余应力与切削参数之间的变化规律。结果铣削进给方向(x方向)和垂直进给方向(y方向)的表面残余应力主要表现为拉应力,且随着铣削深度和每齿进给量的增加而增加,随着铣削速度的增加而减小;在切削深度方向上,不同切深值所在平面的x方向和y方向的残余应力主要表现为压应力,随着层深的增加先增大后减小。残余应力峰值随铣削深度和每齿进给量的增大而增大,随铣削速度的增大而减小,残余应力最大深度基本在80μm以内。结论 GH4169高速铣削加工中,如果要获得较小的表面残余拉应力,应该选用较小的铣削深度和每齿进给量,较大的铣削速度;在切深方向,如果要获得较大的残余压应力,应该选用较大的铣削深度和每齿进给量,较小的铣削速度。反之亦然。     

基底材质对硅酸钠粘结 MoS2 润滑涂层摩擦学性能的影响

目的针对空间机械润滑处理的需求,研究硅酸钠粘结MoS2润滑涂层摩擦学性能。方法在几种不同材质基底的表面喷涂硅酸钠粘结MoS2润滑涂层,采用球盘摩擦磨损试验机研究其真空摩擦学性能和高温摩擦学性能,并利用红外光谱和扫描电镜对高温摩擦机理进行分析。结果几种基底表面润滑涂层的真空摩擦系数均低于0.1,且基底硬度越高,涂层的耐磨寿命越长,摩擦系数越低。在室温至300℃范围内,随温度的升高,涂层的摩擦系数先降低后升高,耐磨寿命先升高后降低。300℃时,涂层主要发生磨粒磨损。结论硅酸钠粘结MoS2润滑涂层能够用于经微弧氧化处理的铝合金基底表面,在200℃以下的大气环境和300℃氮气环境中的摩擦学性能优异。     

截齿等离子束表面冶金铁基耐磨涂层研究

采用等离子束表面冶金技术，在采煤机截齿磨损严重的部位制备了与基材呈冶金结合的铁基复合涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、X衍射仪和显微硬度计等手段分析了冶金涂层组织，测试了涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明：涂层主要由γ-（Fe，Ni）和（Cr，Fe）7（C，B）3相组成，在固溶强化、弥散强化和细晶体强化共同作用下，冶金涂层具有较高的显微硬度和较好的耐磨性能。