磁控濺射沉積參數(shù)對TiAlN刀具涂層微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、涂層刀具兼有刀具基體材料強韌性和涂層材料耐磨性而成為現(xiàn)代切削領(lǐng)域中的應(yīng)用最廣泛刀具。TiAlN涂層的開發(fā)在刀具涂層材料發(fā)展史上具有里程碑的意義，因其具有良好的耐磨、抗氧化等優(yōu)點，目前廣泛地應(yīng)用于各類切削涂層刀具。對TiAlN涂層的研制不僅能制備出性能良好的涂層，還可以對開發(fā)新型、復(fù)雜的刀具涂層具有啟迪作用。在TiAlN涂層基礎(chǔ)上，TiAl-X-N涂層可以形成復(fù)雜的“納米復(fù)合結(jié)構(gòu)”，擁有更加優(yōu)異的硬度和抗氧化性，能適應(yīng)Ti合金等難加工材料

2、苛刻的切削環(huán)境，進而成為近年來研究熱點。磁控濺射技術(shù)具有應(yīng)用范圍廣、濺射過程穩(wěn)定、沉積速率快等優(yōu)點常用于TiAlN等涂層制備，能得到與基片結(jié)合牢固的刀具涂層。
　　基于以上背景，本文采用磁控濺射技術(shù)進行TiAlN刀具涂層的研制，考察濺射過程中基片偏壓、靶材功率和N2分壓對TiAlN涂層的組織與性能的影響，并且在硬質(zhì)合金刀片表面制備了TiAlN涂層進行了切削試驗，與未涂層刀具進行對比，最后，制備了TiAlSiN涂層，考察了Si含量對

3、TiAlSiN涂層組織與性能的影響。涂層的表面形貌主要用原子力顯微鏡(AFM)和場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)進行觀察;涂層的截面形貌和厚度采用掃描電鏡(SEM)進行觀察和測量;涂層的成分由能譜儀(EDX)進行分析;涂層的物相采用X射線衍射分析儀分析。采用納米壓痕硬度儀測試涂層硬度和楊氏模量;采用表面性能測試儀測試涂層與基片結(jié)合力。所得結(jié)果如下:
　　(1)磁控濺射法制備TiAlN涂層的厚度在1-4μm范圍內(nèi)，增加基片偏壓、靶材功

4、率和N2分壓均有細(xì)化涂層顆粒，使涂層變致密的作用，且不同程度的使涂層沿(200)方向擇優(yōu)取向。
　　(2) TiAlN涂層的硬度隨基片偏壓和靶材功率的增加呈先增加、再降低的趨勢，隨N2分壓的增加呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢，本實驗獲得最大硬度為26GPa，這些規(guī)律與涂層晶粒細(xì)化和擇優(yōu)取向等微觀結(jié)構(gòu)演變有關(guān);TiAlN涂層與基片結(jié)合力隨基片偏壓和N2分壓的增加而降低，本實驗中獲得最高結(jié)合力為57N，這種變化規(guī)律與涂層應(yīng)力狀態(tài)和晶格常數(shù)有關(guān)。<

5、br>　　(3)在工藝探索基礎(chǔ)上，選擇合適的工藝參數(shù)，在硬質(zhì)合金銑刀刀片表面沉積TiAlN涂層并且進行銑削實驗，結(jié)果表明，TiAlN涂層能保護刀具基體，降低磨損量，延長切削時間1倍以上。
　　(4)對于TiAlSiN涂層，隨著Si含量的增加，涂層晶粒細(xì)化，且沿(200)方向取向度增加，微觀結(jié)構(gòu)變化促進了性能提升，當(dāng)Si含量為7at.％時，涂層硬度達(dá)到最大35GPa，且TiAlSiN涂層與基片結(jié)合力并沒有減小，在70-80N的范圍內(nèi)