幾種多元納米氮化物涂層的制備和高溫氧化行為研究.pdf

1、隨著我國(guó)高速加工技術(shù)的迅速發(fā)展，像鑄鐵、淬硬鋼、鈦合金、不銹鋼等難加工材料的需求急劇增加，使得刀具材料的選擇越來越嚴(yán)格。此外，人們不斷提高加工效率以及要求加工過程綠色環(huán)保，很多加工場(chǎng)合需要少冷卻液和無冷卻液的切削加工，這使得切削面局部溫度達(dá)到900-1000℃，已經(jīng)超過三元TiAlN、CrAlN涂層刀具的抗氧化溫度。加入B和Si元素形成的納米結(jié)構(gòu)涂層，可以明顯的改善傳統(tǒng)涂層的抗高溫氧化的能力。目前的研究中，大多是關(guān)于納米復(fù)合和納米多層涂

2、層的工藝參數(shù)對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，而在抗高溫氧化性方面研究比較少。
　　為了進(jìn)一步揭示涂層結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，本課題研究了三類涂層:1）以電弧技術(shù)制備的TiAlN涂層為基礎(chǔ)，采用雙極脈沖電源參入Si元素，產(chǎn)生TiAlSiN納米復(fù)合涂層;2）通過閉合磁控濺射離子鍍制備CrTiAlN納米多層涂層;3）以電弧技術(shù)制備的AlCrN涂層為研究對(duì)象，添加AlTiSi電弧靶，生成CrTiAlSiN納米復(fù)合涂層。研究了TiAlSiN涂層、

3、CrTiAlN和CrTiAlSiN涂層在空氣中經(jīng)不同溫度氧化2小時(shí)后的形貌和結(jié)構(gòu)變化，利用SEM、EDX和XRD研究了TiAlSiN涂層、CrTiAlN涂層和CrTiAlSiN涂層高溫氧化前后涂層的形貌、成分和涂層物相結(jié)構(gòu)變化，分析了Cr/Ti含量對(duì)CrTiAlSiN涂層抗高溫氧化性能的影響，采用維氏硬度計(jì)和納米壓痕儀測(cè)試涂層的顯微硬度，洛氏壓痕和劃痕儀分別定性、定量評(píng)估涂層的結(jié)合輕度，以及使用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了涂層的摩擦系數(shù)。

4、>　　結(jié)果表明:
　　1) Si元素添加到TiAlN涂層中，硬度增加到2600Hv左右。經(jīng)900℃空氣中退火后，TiAlN涂層表面被疏松結(jié)構(gòu)的TiO2所覆蓋，并且表面產(chǎn)生了縱橫交錯(cuò)的裂紋，而TiAlSiN涂層生成的致密的Al2O3保護(hù)膜，有效地減緩了氧化速率。在TiAlN涂層中加入Si元素后形成了TiAlSiN涂層，其高溫抗氧化性明顯高于TiAlN涂層。
　　2) CrTiAlN涂層采用非平衡磁控濺射離子鍍制備，氧化前涂層表

5、面顆粒均勻細(xì)小且無液滴，截面呈納米多層柱狀結(jié)構(gòu)，膜厚約2.18μm，主要為fcc-CrN相。CrTiAlN涂層具有良好的力學(xué)性能，顯微硬度2996 Hv，結(jié)合強(qiáng)度HF-1，臨界載荷超過60 N，摩擦系數(shù)低至0.29。低溫時(shí)，涂層基本相未發(fā)生變化。CrTiAlN涂層在高溫下主要生成了Cr2O3和Al2O3等金屬氧化物。
　　3)從溫度對(duì)涂層的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)的影響分析，CrAlN涂層在1000℃下氧化生成Cr2O3，而CrTiAl