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。     

基体材料硬度和化学成分对TiN涂层结合力的影响

选择３种材料：Ｗ６Ｍｏ５Ｃｒ４Ｖ２、３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ和ＧＣｒ１５钢,进行了多弧离子镀ＴｉＮ涂层,并对涂层的结合力进行了研究。试验结果表明,基体材料的硬度越高,ＴｉＮ涂层的结合力越好;选择含Ｖ量高的材料沉积ＴｉＮ涂层,有利于提高涂层结合力。     

预处理工艺对硬质合金上沉积金刚石膜的影响

比较了酸浸与渗硼预处理对硬质合金上没积金刚石膜的影响。研究结果表明：渗硼预处理比酸浸预处理对提高金刚石膜的质量和结合力更为有利。     

不同基体前处理对AlCrN涂层结构和性能的影响

目的 通过对基体进行前处理,提高AlCrN涂层的摩擦磨损性能和切削性能.方法 采用不同前处理方法(湿喷砂、干喷砂和微粒子喷丸)对高速钢基体表面进行处理,随后沉积AlCrN涂层,利用X射线衍射以、扫描电子显微镜等仪器,以及切削试验,分析不同前处理方式对涂层组织结构、膜基结合力、表面形貌、表面粗糙度、摩擦磨损性能以及切削性...     

Si含量对CrN/TiSiN纳米多层膜显微结构和力学性能的影响

采用不同Si含量的TiSi复合靶和Cr靶,用射频磁控溅射工艺在Si基底片上沉积不同Si含量的CrN/TiSiN纳米多层膜。采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪研究Si含量对CrN/TiSiN纳米多层膜显微结构和力学性能的影响。结果表明:随着Si含量的增加,CrN相的结晶程度先增加后降低,涂层的力学性能先提高后降低,当n(Si):n(Ti)=7:18时获得最高硬度为31.5GPa。HRTEM观测表明,在n(Si):n(Ti)=7:18时,TiSiN层在CrN层的模板作用下呈面心立方结构,并且与CrN层形成共格外延生长结构;当n(Si):n(Ti)=11:14时,TiSiN层总体呈非晶结构,与CrN层的共格外生长结构被破坏。硬度的升高主要与TiSiN与CrN形成共格外延生长结构有关。     

热震对TiAlSiN涂层结构与性能的影响

目的探究TiAlSiN涂层经过不同热震次数后,其组织结构及性能的变化规律及机制。方法采取电弧离子镀技术在单晶硅和M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)表面沉积TiAlSiN涂层,采用加热-水淬循环的方法进行热震试验。采用3D表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)表征涂层显微形貌,用金相显微镜测定膜/基结合力,用能谱仪(EDS)分析涂层元素含量变化,用X射线衍射仪(XRD)表征物相结构,用划痕仪和硬度计测量涂层力学性能,用摩擦磨损试验仪、光学显微镜探究涂层摩擦学性能及摩擦磨损机制。结果随着热震次数的增加,涂层表面产生的TiO颗粒尺寸增大,含量增多,粗糙度增加。XRD衍射峰向小角度发生偏移,但仍保持立方结构。涂层的力学性能变差,硬度值由2066HV_(0.025)下降至1447HV_(0.025),结合力由常温的71.8 N下降至33.9 N,结合力等级由常温的HF1降至HF4。此外,30、40、50次热震后,涂层展现出比常温下更优异的耐磨性能,摩擦系数由常温的0.571分别降低至0.427、0.389、0.273,磨损率由常温时的1.4×10~(-14) m~3/(N·m)分别降至1.01×10~(-14)、0.93×10~(-14)、0.71×10~(-14)m~3/(N·m),磨损类型主要为粘着磨损与氧化磨损。结论 TiAlSiN涂层在600℃下具备优异的抗热震性能,多次冷-热循环后仍为立方结构。随着热震次数的增加,TiAlSiN涂层表面质量及力学性能下降,但摩擦磨损试验中,由于涂层表面多次热震形成的氧化物起到润滑效果,有效减缓了涂层与摩擦球的剧烈接触,使TiAlSiN涂层的耐磨减摩性能提高。     

基体材料对TiN薄膜表面液滴及薄膜结合力的影响

采用真空阴极电弧离子镀技术分别在4Cr5 MoSiV1(H13)模具钢、Cr18Ni9Ti(304)不锈钢、YG6硬质合金、Ti6Al4V(TC4)钛合金4种基体表面沉积TiN薄膜.利用扫描电镜(SEM)对薄膜表面液滴进行观察分析,通过划痕仪对薄膜的膜/基结合力进行表征.结果表明:基体材料不同,TiN薄膜上液滴的密度、尺寸存在明显的区别.其中,镀膜后H13钢和304不锈钢表面的液滴数量最多,YG6硬质合金次之,TC4钛合金最少;薄膜的膜/基结合强度依次为YG6硬质合金＞H13钢＞304不锈钢＞TC4钛合金.     

热处理对WC-Co硬质合金顶锤组织与力学性能的影响

为了消除顶锤加工中引入的加工缺陷,通过对WC-Co硬质合金顶锤进行温度600℃、时长5 h的退火处理,使用扫描电镜(SEM)、XRD和显微硬度计等对其组织结构、WC晶粒邻接度、WC粒径分布以及硬度进行了研究。结果表明,热处理促使WC-Co硬质合金顶锤中钴元素分布和WC粒径变得更均匀,碳化钨的晶粒邻接度下降,合金硬度升高。     

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。     

硬质合金上沉积金刚石膜的基体预处理方法进展

本文重点对近年硬质合金基体表面预处理方法及其对CVD金刚石膜沉积的影响进行了综述。按其原理来分,预处理方法可分为物理预处理法、化学预处理法以及中间层法。大量实验结果表明通过适当的预处理能有效消除或抑制基体中钴黏结相的负面影响,提高金刚石的形核密度以及膜基结合力,从而获得理想的薄膜质量。     

真空热处理对多弧离子镀TiAlSiN涂层性能的影响

为提高TiAlSiN涂层的力学性能,研究了真空热处理对多弧离子镀TiAlSiN涂层微观组织和力学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、自动划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损测试仪等表征其表面形貌、物相组成和力学性能。结果表明:热处理引起了涂层的晶格畸变,降低了TiN固溶体相的平均晶格常数,导致其衍射峰向高角度偏移;热处理会粗化涂层表面,并导致TiAlSi中间过渡层界面消失。经过800℃热处理后,涂层的纳米硬度和结合力达到最大值,分别为35.01 GPa和54.45 N;涂层的平均摩擦因数最小,由热处理前的0.679降低至0.372,比热处理前下降了约45.2%。     

40Cr钢表面离子镀TiAlN涂层的膜基结合力研究

采用多弧离子镀的方法在齿轮材料40Cr钢基体表面上制备TiAlN涂层,分析了工艺参数对涂层与基体结合力的影响。结果表明,随着基体负偏压的增加,膜基结合力增强,当超过某一最大值时膜基结合力会逐渐下降。随着N_2分压的增加,膜基结合力逐渐增强。     

基体表面酸洗处理对硬质合金涂层组织和性能的影响

设计了不同浓度、不同时间的酸洗除钴工艺对硬质合金基体表面进行处理。采用多种手段对不同处理后的涂层刀片进行了组织和性能分析。结果表明:各种HNO3溶液对除去硬质合金基体表面的钴效果均很明显,但要防止内部钴的浸出。涂层在钴相表面为重新形核生长,晶粒细小;在除去钴的表面为外延生长,晶粒粗大。基体表面去钴工艺参数对涂层刀片的剥落性能、冲击性能和耐磨性能均有明显影响。因此在选择表面酸洗除钴工艺时,必须综合考虑多种因素,根据刀片的使用领域确定最优的酸洗方案。     

高功率调制脉冲磁控溅射沉积TiAlSiN纳米复合涂层对钛合金基体抗氧化性能的影响研究

目的研究Ti6Al4V基TiAlSiN涂层在800℃下的抗循环氧化性能。方法采用高功率调制脉冲磁控溅射技术,通过调节N2/Ar的流量比fN2,在Ti6Al4V合金和Si(100)上沉积了一系列不同Si含量的TiAlSiN涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子探针、透射电镜和纳米压痕仪,表征了TiAlSiN涂层的成分、相组成、微结构和硬度,并通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜,进一步对Ti AlSiN涂层在800℃下循环氧化后的微观结构和形貌进行分析。结果脉冲平均功率为2k W时,fN2由10%增至30%,TiAlSiN涂层的Si含量(以原子数分数计)由6.1%增加至16.4%,涂层中Ti和Al含量则相应地降低。当fN2为10%时,TiAlSiN涂层呈现典型的X射线非晶结构特征,涂层中N含量(以原子数分数计)约为47%;当fN2为30%时,TiAlSiN涂层呈现Ti Al N和非晶相的混合结构。TEM结果表明,涂层中TiAlN晶粒尺寸约为5nm并均匀镶嵌在非晶相上。所有沉积于Si基底上的TiAlSiN涂层均具有相近的纳米硬度、弹性模量及残余应力,分别为17 GPa、225 GPa和–...     

WC-Co硬质合金中的η相及其对合金性能的影响

研究了WC－Co硬质合金中η相的形态、生成条件及其对合金主要物理机械性能的影响规律。     

退火温度对直流磁控溅射制备Ru薄膜微观结构及膜基结合力的影响

采用磁控溅射法在Mo衬底上制备了Ru薄膜,利用真空退火炉、EDS、XRD,台阶仪及纳米划痕仪等设备研究了不同退火温度对Ru薄膜化学成分、相结构、残余应力及膜基结合力的影响。结果表明,不同退火温度处理下的Ru薄膜呈六方Ru结构,具有（002）择优取向,当退火温度为600 ℃时,薄膜出现氧化相。退火处理能够改善薄膜结晶程度。随退火温度的升高,薄膜残余应力逐渐降低,膜基结合力先升高后降低,当退火温度为300 ℃时,膜基结合力最高,约为17.6 N。     

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。     

TiN/TiSiN多层膜高温微动磨损特性

采用高精度PLINT高温微动磨损试验机研究了690合金及其表面等离子体化学气相沉积(PCVD)制备TiN/TiSiN多层膜的高温微动磨损特性。结果表明,试验温度（25、200、300 ℃）下TiN/TiSiN多层膜XRD未检测出氧化物,TiN/TiSiN多层膜的硬度和临界载荷分别为2318 HV0.05、57 N。690合金在200 ℃时的摩擦系数、磨损体积均高于室温和300 ℃下的值。TiN/TiSiN多层膜的摩擦系数在200 ℃时最大,在室温时最低;TiN/TiSiN多层膜磨损体积受温度影响较小。相同试验条件下,TiN/TiSiN多层膜摩擦系数和磨损体积均低于690合金,TiN/TiSiN多层膜能有效减低基材的微动损伤。室温时,690合金磨损机制为磨粒磨损和剥层;200 ℃时为磨粒磨损、剥层和氧化磨损;300 ℃时为磨粒磨损和氧化磨损。试验温度下,TiN/TiSiN多层膜的磨损机制均为剥层。     

多层梯度结构对TiAlSiN涂层摩擦磨损性能的影响

为提高304不锈钢耐磨损性能,采用磁过滤阴极弧等离子体沉积的方法制备TiAlSiN多层梯度涂层,研究多层梯度结构对涂层摩擦磨损性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的表面形貌、物相结构以及力学性能进行表征,并通过MST-3001摩擦磨损试验仪测试不同结构涂层的摩擦磨损性能。结果表明:与TiAlSiN单层涂层相比,TiAlSiN多层梯度涂层具有更高的结合力和韧性;两种涂层的摩擦因数和磨损率都远小于304不锈钢,其中TiAlSiN多层梯度涂层具有比单层涂层更低的磨损率,磨损率由2.6×104μm3/(N·m)降至8.5×103μm3/(N·m),降低了67.8%,TiAlSiN多层梯度涂层磨痕表面光滑致密,主要磨损机制为轻微粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损的协同作用。     

N_2流量对HIPIMS制备TiSiN涂层结构和力学性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在N2流量为10~50 mL/min下沉积TiSiN涂层,利用台阶仪,XRD,XPS,SPM,SEM,HRTEM和纳米压痕仪对涂层的沉积速率、相结构、成分、形貌和力学性能进行了分析,并研究了不同N2流量对等离子体放电特性的影响.结果表明,在不同N2流量下,TiSiN涂层均具有非晶Si3N4包裹纳米晶TiN复合结构,涂层表面粗糙度Ra为0.9~1.7 nm;随N2流量的增加,等离子体的放电程度减弱,离化率降低,TiSiN涂层沉积速率降低,其Ti含量逐渐降低,Si含量逐渐增加,但变化幅度较小;涂层择优取向随N2流量的增加发生改变,晶粒尺寸逐渐增大,硬度和弹性模量逐渐降低,涂层硬度最高为(35.25±0.74)GPa.