纳米Al2O3/TiO2多层涂层的低温制备及其性能*

采用原子层沉积技术(ALD)在 200 ℃低温条件下将纳米 Al₂O₃ / TiO₂ 多层涂层沉积在硬质合金刀具表面。利用扫描电镜 SEM、划痕测试仪和三向测力仪以及数控机床等设备,对不同形式的纳米 Al₂O₃ / TiO₂ 多层涂层刀具的涂层-基体结合力和切削性能等进行研究。结果表明,基于原子层沉积技术低温制备的纳米多层涂层刀具的涂层-基体结合强度高;涂层层数、 涂层沉积顺序及涂层层厚比对纳米多层涂层刀具的切削力有不同程度的影响;纳米多层涂层刀具更适合高速切削,当切削速度大于 2.33 m / s 时,纳米多层涂层刀具的切削力和摩擦因数呈下降趋势,表现出良好的切削性能,其中双层纳米涂层刀具的切削性能更好;在高速切削时,纳米多层涂层刀具表面摩擦因数比普通未涂层硬质合金刀具低,纳米 Al₂O₃ / TiO₂ 多层涂层能够有效改善刀具的黏结磨损,减少刀-屑粘黏现象和烫伤现象,能够改善刀具表面的耐磨损性能。     

脉冲电弧沉积TiAlSiN涂层及其干式切削性能

为开发适于切削镍基高温合金的刀具涂层,采用脉冲电弧离子镀沉积TiAlSiN涂层,研究Si添加对TiAlN涂层耐磨性、抗氧化性及车削性能的影响。结果表明：Ti_0.45Al_0.45Si_0.10N涂层具有最高的结合力（100 N）和硬度（35 GPa）。800 ℃高温下,Ti_0.40Al_0.40Si_0.20N涂层已经磨穿,而Ti_0.50Al_0.50N和Ti_0.45Al_0.45Si_0.10N的磨损率分别为4.48×10^-6和2.65×10^-6 mm³·N^-1·m^-1;3种涂层都存在粘着磨损,其中,Ti_0.50Al_0.50N和Ti_0.45Al_0.45Si_0.10N涂层分别还发生了磨粒磨损。此外,Si的合金化显著提高了TiAlN涂层的抗氧化性。使用涂层刀具车削镍基高温合金时的寿命长短依次为Ti_0.50Al_0.50N < Ti_0.40Al_0.40Si_0.20N < Ti_0.45Al_0.45Si_0.10N。3种涂层刀具磨损形式以粘着磨损、氧化磨损及磨粒磨损为主。综上,因其优异的力学和耐磨耐氧化性能,Ti_0.45Al_0.45Si_0.10N涂层具有更好车削性能。     

占空比对脉冲电弧离子镀AlCrSiN涂层热稳定性和抗氧化性的影响

采用脉冲和直流电弧离子镀技术制备AlCrSiN涂层,研究占空比对涂层结构和性能的影响。采用扫描电镜观测涂层的生长形貌和化学成分,利用XRD分析涂层的相组成,结合光电子能谱技术分析涂层中元素化学键价,并通过纳米压痕法检测涂层的硬度和弹性模量。此外,对涂层进行真空退火和氧化处理,以评价涂层的高温结构和力学稳定性以及抗氧化性。结果表明：AlCrSiN涂层均为非晶Si₃N₄包裹纳米晶（Al, Cr）N的纳米复合结构;脉冲电弧沉积可以改善涂层的表面质量、提高组织致密性和硬度。占空比为1%时,AlCrSiN涂层具有最小的表面粗糙度（47 nm）和最高的硬度（31.5 GPa）。AlCrSiN涂层具有良好的热稳定性,950℃退火后其硬度仍高于30 GPa。AlCrSiN涂层的抗氧化温度超过1000℃;占空比的增加涂层的抗氧化性略有提升。     

物理气相沉积(Ti,Al)N涂层刀具的切削性能

涂层已成为提高刀具切削性能的重要手段。对上海工具厂镀膜机制备的（Ti，Al）N涂层性能分析发现，其表面硬度达到32GPa，高于TiN的24GPa；同时，涂层表面生长良好。在试验室进行的干式切削试验表明，（Ti，Al）N涂层切削过程中磨损小于TiN涂层，切削寿命高于TN涂层；（Ti，Al）N涂层适合高速切削，分析了（Ti，Al）N涂层适合高速切削的主要原因。     

TiAlSiN涂层刀具高速干车削钛合金磨损机理研究北大核心

TiAlSiN涂层硬质合金刀具材料力学性能较好,探究了TiAlSiN涂层刀具高速干切削钛合金的磨损机理,为改善刀具切削性能、提高加工效率提供指导。采用TiAlSiN涂层硬质合金刀具对TC4钛合金进行高速干车削试验,研究两种切削速度(v=80、120 m/min)下刀具的磨损机理。结果表明:TiAlSiN涂层刀具前刀面主要磨损机理为粘结磨损和氧化磨损,在高速时(v=120 m/min)还存在扩散磨损;TiAlSiN涂层刀具后刀面主要磨损机理为粘结磨损、氧化磨损和磨粒磨损;刀具在v=80 m/min时切削效果更好,切削速度越高,刀具磨损越严重。     

PVD涂层刀具高速铣削CoCrMo合金的性能研究

目的为了提高涂层硬质合金刀具的切削性能,研究了物理气相沉积PVD法制备的涂层硬质合金铣刀在高速干式环境下的铣削性能。方法采用阴极电弧技术制备了TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层硬质合金铣刀刀头,通过一同沉积涂层的硬质合金圆片,间接测量得出涂层的显微硬度、厚度和平均摩擦系数,并以CoCrMo合金为切削对象,进行了PVD涂层与无涂层刀具高速铣削下的对比试验。结果TiAlSiN显微硬度最高达3800HV,摩擦系数达0.3,TiAlN涂层平均膜厚为2μm,间接测得TiN、TiAlN以及TiAlSiN涂层的结合力依次为60、58、42N。在三者的切削性能中,TiAlSiN涂层的切削性能比TiAlN和TiN涂层的好,同等切削参数时,TiN刀具的高速铣削时间最短,TiAlSiN涂层的平均磨损值为0.1895,TiN的平均磨损值为0.3047。结论涂层中添加Al、Si,极大地提高了刀具的使用性能,改善了刀具切削过程中的耐磨性、红硬性,极大地延长了刀具的使用寿命。TiAlSiN涂层的硬度高,耐磨损性好,切削性能好,适合高速铣削加工。     

不同双层结构AlCrN/AlCrVN多层涂层的力学和磨损性能

采用电弧离子镀的方法制备了不同数目（1、2、4、6）双层结构的AlCrN/AlCrVN多层涂层,并研究了多层结构对涂层微观结构、力学、摩擦学和切削性能的影响。结果显示,沉积态AlCrN/AlCrVN多层涂层主要由固溶(Al,Cr)N组成,优先生长方向为[111]晶向。与其他多层涂层相比,具有6层双层结构的AlCrN/AlCrVN涂层在高温下表现出较低的摩擦系数（约0.46）和磨损率（0.15×10^-11 m³/N·m）,以及较高的硬度（HK_0.05=38 000 MPa）和膜-基结合强度（L_C2=53±1 N）。多层涂层相邻层之间形成了较多的界面,有助于提高多层涂层的硬度和耐磨性。切削试验结果显示,当切削磨损标准VB=0.2时,AlCrN/AlCrVN-6涂层具有较高的硬度和耐磨性,最长的切削长度为7.4 m。     

激光熔覆Ni60A涂层对20CrNiMo合金高温干滑动摩擦磨损性能的影响

为改善制动盘材料的耐磨性能,选用Ni60A粉末,利用光纤激光器对20CrNiMo铸钢进行激光熔覆处理,研究了涂层的微观组织、成分均匀性、硬度、干滑动磨损性能及其损伤机制。结果表明：涂层主要由γ-Ni、M₂₃C₆、Ni-Cr-Fe、Ni₃B、[Fe, Ni]、FeNi₃、NiC、FeNi等相构成,涂层平均显微硬度HV_0.3为4600 MPa,较基体提高2.63倍。与基体相比,涂层在高载、高温工况下具有更小的平均摩擦系数,耐磨性得到显著提升。当载荷为150 N时,在室温和400 ℃时,耐磨性分别提高15.3和22.0倍。随温度和载荷的增加,涂层的损伤机制由磨粒和粘着磨损向氧化和磨粒磨损转变。     

球墨铸铁表面激光熔覆Ni-Co复合涂层的耐腐蚀及高温摩擦学性能

为降低球墨铸铁激光熔覆过程中白口组织的含量,改善其高温摩擦学性能和耐腐蚀性能,采用激光熔覆技术,通过添加 Ni 基过渡层在球墨铸铁表面制备 Co 基涂层。利用 XRD、SEM、EDS 表征不同熔覆层的物相组成、微观结构。采用高温摩擦磨损试验机测试不同温度下 Co 基涂层与球墨铸铁的摩擦磨损性能,分析 Co 基涂层在不同温度下的磨损机理。利用电化学工作站测试 Co 基涂层与球墨铸铁的耐腐蚀性能。结果表明：Ni 基过渡层的物相为 γ-Ni 固溶体和 Ni₃Si 陶瓷相。Co 基涂层主要由 γ-Co 固溶体和 Cr₇C₃陶瓷相构成。Ni 基过渡层的添加抑制了基材中 C 元素扩散,降低了结合界面处白口化趋势。由于 Cr₇C₃陶瓷相的强化作用,Co 基涂层的显微硬度为球墨铸铁基材的 2.1 倍。与球墨铸铁基材相比,当温度高于 200 ℃时, Co 基涂层在与 Si₃N₄配副对磨时表现出较低的平均摩擦因数与磨损率。在中低温条件下 Co 基涂层与 Si₃N₄ 配副对磨时的磨损机制为黏着磨损与磨粒磨损,高温条件下的磨损机制为形成连续光滑的氧化层起到减摩抗磨的作用。Co 基涂层表现出更高的自腐蚀电位(?362.36 mV)和更低的自腐蚀电流密度(13.95 nA·cm^?2 )。所制备的 Ni-Co 复合涂层能有效提高球墨铸铁表面的高温摩擦学性能和耐腐蚀性能,在发动机领域具有较好的应用前景。     

不同弧电流对AlCrBN涂层结构和性能的影响

目的 提高涂层刀具在高速工况下的切削寿命。方法 利用电弧离子镀技术在高速钢试样块和刀具表面制备不同弧电流（60、80、100 A）的AlCrBN涂层。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、轮廓仪、洛氏压痕仪、划痕仪、显微硬度计、球盘摩擦磨损试验仪和切削试验对涂层的微观结构和性能进行研究分析。结果 AlCrBN涂层的物相成分为固溶的fcc-(Cr,Al)N相以及少量的CrB2和fcc-BN相。随着AlCrB靶弧电流由60 A增至100 A,表面粗糙度Sq值由197 nm增至208 nm,Sa值由107 nm增至113 nm;显微硬度由3574HK0.05先增至3890HK0.05,再降至3209HK0.05;结合强度Lc2由57 N增至63 N,再降至55 N,均呈现先增后减的趋势。不同弧电流制备的AlCrBN涂层的磨损率依次为0.69×10-15、0.38×10-15、0.84× 10-15 m3/(N?m),涂层的磨损机理均为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。切削结果显示,AlCrBN涂层刀具在切削速度VC为60 m/min和191 m/min条件下的切削寿命均高于AlCrN涂层刀具,且80 A条件下制备的AlCrBN涂层刀具切削寿命均最长,分别为9 m和6 m。切削速度60 m/min条件下的磨损机理：初期为磨粒磨损,中期为磨粒磨损和粘着磨损,后期为粘着磨损。切削速度191 m/min条件下的磨损机理：初期和中期为磨粒磨损和粘着磨损,后期为粘着磨损。结论 AlCrBN涂层刀具与AlCrN涂层刀具相比,切削性能更加优越,并且80 A条件下制备的AlCrBN涂层的综合性能最优。