電弧離子鍍CrAlTiN膜的制備和性能研究.pdf

1、多元硬質(zhì)膜因能夠有效的改善刀具的切削性能以及提高工模具的抗高溫氧化性能而備受關(guān)注。多元膜具有晶粒細(xì)化、固溶強(qiáng)化、多組元強(qiáng)化等一系列強(qiáng)化機(jī)制，因此硬度較高。不同成分如Ti、Cr、Al可以提高其各方面的性能如硬度、摩擦、抗高溫性能等，使得多元膜的應(yīng)用十分廣泛。作為膜層應(yīng)用的一個(gè)重要分支，多元膜從理論到應(yīng)用上都得到了極大的發(fā)展。 電弧離子鍍技術(shù)制備的膜層致密，膜/基結(jié)合力高，工藝簡(jiǎn)單。本文利用真空陰極電弧離子鍍技術(shù)制備了CrAlTiN

2、薄膜。研究了不同工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合膜主要力學(xué)性能的影響，得到了最佳的制備工藝；研究了CrAlTiN膜層的耐高溫氧化性能及與TiAIN、CrN、TiN進(jìn)行比較。采用了小角度X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、電子能譜(EDS)、納米硬度計(jì)、顯微硬度計(jì)、劃痕儀等測(cè)試手段對(duì)膜層的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了表征。主要研究結(jié)果如下： (1)電弧離子鍍技術(shù)制備CrAlTiN薄膜工藝的研究：研究了膜層沉積前離子轟擊、過(guò)渡層的工藝，研究了負(fù)偏壓、沉積溫

3、度、爐壓等工藝參數(shù)對(duì)膜/基結(jié)合力、硬度等基本力學(xué)性能及膜層厚度的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)證明：膜層沉積溫度420℃，偏壓200V，占空比90％，爐壓1.5Pa，工件架轉(zhuǎn)速4r/min，N2進(jìn)氣流量650sccm時(shí)得到的膜層性能最優(yōu)。膜層為銀灰色、硬度達(dá)到3000HV、結(jié)合力達(dá)到65N。 (2)電弧離子鍍CrAlTiN薄膜耐高溫氧化性能的研究：采用氧化增重法研究了CrAlTiN膜層的耐氧化溫度，比較了CrAlTiN膜層與(Ti，Al)N、C

4、rN、TiN的耐高溫氧化性能和高溫下的膜層韌性，研究了CrAlTiN膜層氧化前后的表面形貌和斷面形貌，研究了膜層氧化過(guò)后的生成物以及結(jié)構(gòu)、基本性能的變化。得到結(jié)果如下：不同Cr/A1/Ti元素比例的CrAlTiN膜層其耐氧化溫度與(Ti，Al)N比較有高有低，均高于CrN，遠(yuǎn)高于TiN；Cr0.56Al0.28Ti0.16N的耐氧化溫度達(dá)到850℃以上，氧化過(guò)程中膜層韌性最好，其表面主要生成物為Cr2O3，抵抗進(jìn)一步氧化的能力要好于主要