工作气压对TiBN/TiAlSiN纳米多层涂层的结构和性能影响

为应对高速干式切削、工磨具行业对新型防护涂层的需求,制造高硬度、耐摩擦磨损的纳米复合涂层具有巨大的市场前景。 采用阴极多弧离子镀技术,在不同的工作气压下用 TiB2 和 TiAlSi 合金靶作为阴极蒸发靶材,在硬质合金衬底上分别沉积了 TiBN,TiAlSiN 涂层和 TiBN/ TiAlSiN 多层涂层。 借助于 XRD、 XPS、 SEM、 AFM 和 HRTEM 对涂层的成分、形貌及微观结构进行表征分析。 并用纳米压痕硬度计和球盘式摩擦测试仪分别研究了涂层的硬度和摩擦磨损性能。 研究结果表明:TiBN/ TiAlSiN 涂层呈现一种非晶相包裹纳米多晶相的微观结构形态,工作气压越高,涂层表面越趋于光滑;涂层在 1. 0 Pa 工作气压下涂层显微硬度值达到 38 GPa;在 2. 0 Pa 的工作气压下,涂层显微硬度值约 34 GPa,摩擦因数低于 0. 29。 与 TiBN 和 TiAlSiN 涂层相比,TiBN/ TiAlSiN 纳米多层涂层的机械、摩擦学性能更加优越,这为应用在干式切削、磨削工具领域的硬质润滑多层涂层的制备与研究指明了一条方向。     

超音速火焰喷涂微、纳米结构WC-10Co4Cr涂层及其性能

采用超音速火焰喷涂技术（HVOF）在06Cr13Ni4Mo不锈钢基体上分别制备了微米结构、纳米结构WC-10Co4Cr涂层。通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征和分析了不同结构WC-10Co4Cr涂层的物相组成、微观组织结构,并对涂层的显微硬度、孔隙率、结合强度、抗冲蚀性能进行了对比,探讨了涂层泥沙冲蚀机理。结果表明：HVOF制备的纳米结构 WC-10Co4Cr涂层组织致密,孔隙率更低,涂层的显微硬度、结合强度高于微米涂层,冲蚀质量损失量也小于微米涂层;纳米结构细化了涂层晶粒,增强了涂层的显微硬度和韧性,提高了涂层的抗微切削和抗疲劳剥落性能,有利于涂层的抗泥沙冲蚀性能。     

多元等离子体浸没离子注入与沉积和磁控溅射技术制备TiAlSiN/WS_2多层薄膜的力学性能和腐蚀行为(英文)

为了降低超硬TiAlSiN复合涂层的摩擦因数,采用多元等离子体浸没离子注入与沉积和射频(RF)磁控溅射技术制备TiAlSiN/WS2多层薄膜,利用XRD、SEM、Raman光谱、纳米探针、摩擦和电化学试验对薄膜的微结构、力学性能和腐蚀行为进行测试与分析。SEM结果表明:TiAlSiN/WS2多层薄膜具有清晰的调制周期。纳米硬度结果表明,TiAlSiN/WS2多层薄膜硬度介于TiAlSiN和WS2涂层硬度之间。摩擦实验结果证实TiAlSiN/WS2多层薄膜的摩擦因数低于TiAlSiN涂层的,且摩擦过程平稳。此外,TiAlSiN/WS2多层薄膜表现出良好的抗腐蚀能力,在相对较小的调制周期内,其腐蚀电流密度显著降低。     

点焊电极表面电火花沉积TiB_2涂层的特征

在CuCrZr电极表面通过电火花振动沉积制备了TiB_2功能涂层,测试了功能涂层的显微形貌、物相、硬度以及界面元素分布.试验表明,TiB_2涂层电极具有典型的电火花涂层结构,存在明显的元素互扩散,表明功能层与基体之间为冶金结合.但TiB_2涂层结构不致密,存在裂纹和孔洞,硬度较低.随着电火花电容和电压的增加.涂层的硬度降低.元素扩散和涂层氧化的加剧,是导致涂层硬度降低的主要原因.由于基体Cu的气化、脆性剥落和熔敷棒的切削作用,沉积TiB_2后基体质量反而降低.高电压下电火花沉积以及预涂敷Ni,都会导致基体质量降低更多.     

TiAlSiN多元PVD涂层的研究

采用PVD方法在硬质合金基体上制备了不同成分与结构的TiAlN涂层和TiAlSiN涂层。研究了涂层的组织结构和物理性能,分析了Si元素掺杂在TiAlN基涂层中的作用机理及其对涂层性能的影响,并通过切削实验对涂层刀具的使用性能进行了验证。结果表明:在TiAlN基涂层中添加了Si元素获得了明显区别于TiAlN涂层的组织结构,Si元素以Si3N4非晶相形式包覆在TiAlN晶界,一方面起到了细化涂层晶粒尺寸提高涂层硬度的效果,另一方面还可以提高涂层的热稳定性能。切削实验表明,含Si元素的TiAlSiN涂层在许多应用条件下也表现出较TiAlN涂层更优异的使用性能。     

硬质合金基体对TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层结构和机械性能的影响

采用电弧离子镀在YT15、YG6、YG10这3种WC基硬质合金基体上沉积了TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层,并对所沉积涂层的截面形貌、截面成分、晶体结构、硬度及结合强度进行了检测与分析。结果表明:TiAlN/TiAlSiCrN/TiSiN多层涂层呈内、中、外的"三层"结构。WC基硬质合金基体通过涂层-基体界面处元素的扩散影响沉积在基体表面涂层的结构,YG10基体中W、Co元素向涂层的扩散明显,削弱了涂层的柱状结构,而YT15和YG6基体上所沉积涂层其Ti、Al元素向基体的扩散,对TiAlN内层柱状结构的影响并不明显。多层涂层的晶体取向均以TiN(200)和CrN(200)为主,且不同硬质合金基体上沉积的涂层其衍射峰强度不同。沉积在YG10表面的涂层获得最大硬度,为4 600.13 HV。基体与涂层硬度差影响涂层结合性能,硬度差越小,涂层结合性能越好,沉积在YG6上的涂层其结合性能最好,临界载荷为103.32 N。     

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。     

Cu单元素基合金表面FeCoCrAlCu激光高熵合金化涂层的制备

采用Nd:YAG激光辐照法在Cu单元素基合金表面制备FeCoCrAlCu高熵合金化涂层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及纳米压痕仪等研究FeCoCrAlCu激光高熵合金化层形成机制及性能。结果表明:采用优化的激光辐照工艺参数对等摩尔比的Fe、Co、Cr、Al四元合金粉末进行激光辐照合金化,可制备出含有基体主元Cu的FeCoCrAlCu高熵合金化涂层。合金化涂层由FCC+BCC简单结构固溶体组成,其显微组织主要以颗粒状组织为主,且与基体呈良好的冶金结合。Fe CoCrAlCu激光高熵合金化层的硬度是基体材料的7倍以上,其弹性模量、弹性比和同样深度承受的最大载荷远高于基体材料的,具有良好的强度和韧性。     

调制周期对Cr/CrN纳米多层膜的结构与性能的影响

采用多弧离子镀技术在65Mn钢表面制备了不同调制周期的Cr/CrN纳米多层膜.采用俄歇能谱仪(AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米硬度仪、轮廓仪和划痕仪,分析了不同调制周期Cr/CrN纳米多层膜的成分分布、微观结构、力学性能、残余应力和结合强度.结果表明,Cr/CrN纳米多层膜的表面平整致密,截面层状调制结构清晰,其调制结构为Cr层-过渡层-CrN层的"三明治"结构,调制比约为1∶ 1.多层膜由CrN、Cr2N和Cr相组成,在CrN(200)方向上出现择优取向.当调制周期为80 nm时,多层膜的硬度值相对较高.随调制周期的增大,Cr/CrN多层膜的残余应力值减小,结合强度值先增大后减小.当调制周期为120 nm时,涂层的划痕临界载荷值相对较高,为69 N.     

铬、碳掺杂TiAlSiN硬质涂层结构和性能研究

利用多弧离子镀设备,通过引入Cr和C元素对Ti Al Si N硬质涂层进行改性,制备出CrTiAlSiN和CrTiAlSiCN改性涂层。利用划痕仪、显维硬度计和球盘摩擦磨损机对3种涂层的结合强度和摩擦学性能进行对比研究。结果表明,改性后的CrTiAlSiN和CrTiAlSiCN涂层为Cr N和Ti(Al)N的复合结构涂层,C和Si元素以非晶化学态的形式存在。相比较于TiAlSiN涂层,CrTiAlSiN和CrTiAlSiCN涂层在保持较高结合强度的同时,硬度和摩擦系数均增加。     

TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展

TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能,其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械加工工具上。但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足,限制了其在严苛工况下的进一步应用。总结了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施：涂层微观结构优化、膜层结构设计以及热处理工艺。对改善涂层力学性能所涉及的细晶强化、共格效应、固溶强化以及模量差理论等机理进行了全面的描述,并详细地对比分析了上述理论之间的内在联系与差异。系统地讨论了纳米多层和梯度复合膜层结构对涂层力学性能的影响规律,主要从调制结构以及成分调整2个角度对膜层结构变化进行了分析,有利于指导具有良好力学性能的膜层结构的设计。此外,分别阐述了退火温度、时间以及气氛环境对TiAlSiN涂层力学性能的影响规律,分析了退火条件对涂层微观结构的影响以及微观结构与力学性能之间的关系。在此基础上,提出了未来可以从基础理论和改善措施之间的协同作用角度,对TiAlSiN涂层力学性能的改善展开进一步研究。     

Machining performance of Ti-Al-Si-N coated inserts

Ti-Al-Si-N quaternary coating has recently been developed for industrial applications due to its excellent machining performance. Here, we present a comparative research on Ti-Al-N single layer, Ti-Al-Si-N single layer, TiAlN-TiAlSiN bilayer and TiAlN/TiAlSiN multilayer coatings deposited onto cemented carbide substrates by cathodic arc evaporation. The incorporation of Si into the Ti-Al-N coating results in an increase in hardness and thermal stability due to the formation of nanocomposite nc-TiAlN/a-Si₃N₄, and thereby causes an improved performance during continuous cutting. However, the lower toughness and adhesive strength with a substrate reduce its cutting-life during milling. Further optimization of Ti-Al-Si-N coated inserts during milling can be obtained by a structure adjustment from the nanocomposite into TiAlN-TiAlSiN bilayer and TiAlN/TiAlSiN multilayer coatings, which causes an increase to 156% and 172% for the life-time of Ti-Al-Si-N coated inserts, respectively. Our results indicate that the machining performance of coatings containing Si in both continuous cutting and milling can be optimized by the structure design of the TiAlN/TiAlSiN multilayer, where the coating sustains a high hardness of the Ti-Al-Si-N coating combined with a good cohesive strength with the substrate similar to the Ti-Al-N coating.     

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。     

nc-(Ti,Al)(C,N)/a-SiNx纳米复合薄膜的制备及性能研究

目的 研究Si、C单元素掺杂及其共同掺杂TiAlN涂层对涂层性能的影响.方法 基于阴极电弧+辉光放电技术,在SUS304不锈钢基体及硬质合金刀具上分别制备nc-(Ti,Al)N、nc-(Ti,Al)N/a-SiNx、nc-TiAlCN及nc-TiAlCN/a-SiNx/a-C纳米复合薄膜,通过SEM观察涂层的微观组织形貌,并借助EDS表征涂层的元素成分,用XRD分析涂层的物相构成,探究C、Si元素对涂层生长的影响.采用纳米硬度仪测试涂层的硬度,采用二维轮廓仪及三维形貌仪表征涂层的表面粗糙度及表面形貌,通过滑动摩擦磨损试验测定涂层的耐磨性,用纳米划痕仪表征涂层的摩擦系数及涂层与基体的结合强度,用铣削实验表征涂层的切削性能.结果 该技术制备的TiAlN涂层,内部晶相结构复杂,硬度为29.57 GPa,主要归因于Ti2AlN、Ti2N等硬质相及TiN0.3相的形成降低了涂层的晶格常数.此为首次报道通过物理气相沉积方法制备含TiN0.3相的涂层.TiAlSiN涂层的硬度最高,为37.69 GPa,且耐磨性最好,主要原因是Si的添加起到了细晶强化和晶界强化的作用.C掺杂TiAlN使涂层析出更多非晶相,涂层硬度降低.C、Si元素共同掺杂,使得nc-TiAlCN/a-SiNx/a-C涂层表现出较低的摩擦系数及表面粗糙度,但与基体的结合性能最差,nc-(Ti,Al)N/a-SiNx薄膜的结合强度最好.结论 涂层均提高了基体表面的显微硬度,Si、C元素的掺杂可使涂层的某些性能得以大幅提升,但在实际应用中,还需根据应用需求选择合适的涂层.     

SEM-EDS Plane Scan and Line Scan Analysis of TiCN Coatings by Cathodic Arc Ion Plating

采用阴极弧离子镀在Cr12MoV冷作模具钢表面制备了TiCN涂层,通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了涂层表面化学元素的面分布和界面化学元素的线分布。讨论了涂层界面结合机理,用划痕法对结合强度进行了表征分析。结果表明,涂层主要是由TiN、TiC和C原子组成,其中TiN和TiC提高了涂层硬度,C原子改善了涂层摩擦润滑性能;涂层中N原子分数超过C原子分数,界面结合处发生了相互扩散,涂层中C原子扩散量最大,基体中Si原子扩散量最大,涂层与基体形成了冶金结合,利用划痕法测定TiCN涂层结合强度为79.6 N     

TD处理制备VC涂层-基体元素扩散与界面特征

采用热扩散(TD)处理法在冷作模具Cr12MoV表面通过热辐射扩散处理制备了VC涂层,通过扫描电镜、能谱仪和XRD等手段对涂层表面组织结构进行了分析,对结合界面化学元素线能谱进行了分析,并对相互扩散后的冶金结合机理进行了讨论。结果表明,VC涂层是由C和V原子组成,其孔度组织面积百分比为5.71%,晶粒平均直径0.42μm;VC涂层结合界面处化学元素发生了相互扩散,促进冶金结合的形成,其结合强度为47.1 N;热辐射元素扩散过程为涂层中V和C原子向界面和近界面基体扩散,Cr原子主要来自于基体中Cr向涂层中扩散,Si和Mo原子含量没有明显的扩散现象,Fe原子从基体中高含量降低到涂层中低含量,Fe原子热扩散过程被抑制。     

多弧离子镀制备CrAlSiN/TiAlSiN纳米涂层的结构和性能研究

目的研究调制周期对CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层结构和力学性能的影响。方法采用多弧离子镀技术,以AlCrSi靶和AlTiSi靶作阴极弧靶材料,通过改变衬底的转速(转速分别为2、4、6、8r/min)来调整涂层结构的周期,制备不同调制周期CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层。用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜,测量了涂层的组织结构、化学成分、表面及截面形貌,用显微硬度计、划痕试验仪和摩擦仪测量了不同调制周期的涂层的力学性能。结果不同转速下,CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层具有相同的晶相结构,包含CrAl、CrN和TiN,其中Al元素几乎全部固溶在CrAl相中。Si元素在涂层中以非晶相的形式存在或被非晶化合物所包裹。随着转速的增大,复合涂层的硬度呈现先增大后减小的趋势,而摩擦因数与均方根粗糙度则呈现出先减小后增大的趋势,即硬度越大,摩擦因数和均方根粗糙度越小。结论CrAlSiN/TiAlSiN纳米复合涂层的硬度和摩擦因数受调制周期的影响较大。当转速为6r/min时,制备的涂层具有最大的显微硬度(38GPa)和最小的摩擦因数(0.375)。     

瞬时液相扩散焊接CuAlBe合金和1Cr18Ni9Ti不锈钢

采用ＣｕＭｎ合金为中间层对ＣｕＡｌＢｅ合金和１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢进行了瞬时液相扩散焊接。通过扫描电镜、电子探针和Ｘ射线省射分析等手段对接头的微观组织和相结构进行了分析,并用拉伸试验评价了接头的连接强度。研究结果表明,焊接压力、焊接温度、焊接时间及ＣｕＭｎ合金中间层Ｍｎ的含量等焊接参数对接头强度影响很大。在本试验中,当ＣｕＭｎ中间层中Ｍｎ元素含量为３０％、Ｔｔ＝１２２３Ｋ、ｔｂ＝４０ｍｉｎ、Ｐ     

Effects of Substrate Hardness and Spray Angle on the Deposition Behavior of Cold-Sprayed Ti Particles

In this study, finite element analysis combined with experimental observation was conducted to clarify the effects of substrate hardness and spray angle on the deposition behavior of cold-sprayed Ti particles. It is found that metallurgical bonding is highly possible to occur between the Ti particle and Cu substrate due to the intensive metal jet at the rim of the interface which helps to remove the cracked oxides. Because metallurgical bonding and large interfacial contact area can guarantee high adhesion strength, the thick Ti coating is achieved after deposition on the Cu substrate. As for the soft Al substrate, the first layer Ti particles are embedded in and then trapped by the soft substrate material, which results in the occurrence of mechanical interlock at the interface. As a consequence, the final coating thickness is also relatively large. When using hard stainless steel as the substrate, the essential conditions for forming the mechanical interlock are lacked due to the high hardness of the substrate material. In addition, the metal jet at rim of the interface is less prominent and also the interfacial contact area is smaller in comparison with the Ti-Cu case. Therefore, the particle-substrate bonding strength and the consequent coating thickness are relatively low. Besides, it is also found that the particle deformation and coating quality are significantly affected by the spray angle. The deformation of the particle localizes at only one side due to the additional tangential momentum. Also, such localized deformation becomes increasingly intensive with decreasing the spray angle. Moreover, the coating thickness is found to reduce with the decrease in spay angle, but the coating porosity shows a reverse trend.     

高含沙水流用水轮机叶片表面热喷涂WC/Co涂层的性能

通过高速火焰喷涂技术(高速氧-燃气喷涂,HVOF)在水轮机叶片用06Cr13不锈钢表面喷涂WC/Co涂层。采用金相显微镜、硬度计、万能试验机分析了WC/Co涂层的孔隙率、显微硬度及其与基体的结合强度;并在高含沙水流环境中通过冲蚀、汽蚀试验测试WC/Co涂层的耐冲蚀性能和耐汽蚀性能。结果表明:WC/Co涂层的孔隙率、显微硬度及其与基体的结合强度分别为0.68%、1211HV、70MPa;WC/Co涂层具有优良的耐冲蚀性能,冲蚀后其磨损量仅为06Cr13不锈钢基体的0.18倍;WC/Co涂层具有良好的致密度、结合力及强韧性,因此涂层也具有优良的耐汽蚀性能。