硬質(zhì)合金高溫化學(xué)氣相沉積TiN涂層工藝及性能研究.pdf

1、化學(xué)氣相沉積法是一種重要的表面處理技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工具行業(yè)，以改善切削刀具、鉆頭等切削服役性能和壽命。由于硬質(zhì)合金有良好的導(dǎo)熱性，且在高溫下不易受到損傷，因此適宜用化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行涂層處理。
　　 本論文研究了用高溫化學(xué)氣相沉積法在YG6硬質(zhì)合金表面制備TiN硬質(zhì)涂層的技術(shù)工藝，并結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案得出較優(yōu)的工藝參數(shù)。利用金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射、X光電子能譜、顯微硬度儀、強(qiáng)度測(cè)試儀和劃痕儀對(duì)各工藝制得的TiN

2、涂層主要性能和成分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合分析。
　　 XRD圖譜分析表明，除TiN相和WC基體相外，還存在TiCxNy相，以及W6Co6C脫碳相，多種Ti的氧化物相。說明在高溫化學(xué)氣相沉積TiN過程中，發(fā)生了其他復(fù)雜的副反應(yīng)，這些反應(yīng)改變了TiN涂層的化學(xué)組成和顯微組織，對(duì)涂層性能造成了一定影響。通過比對(duì)XRD圖譜上各晶面衍射峰的強(qiáng)度，并結(jié)合晶體學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不同于PVD-TiN涂層的(111)晶面擇優(yōu)取向，CVD-TiN涂層明顯沿著(2

3、20)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。
　　 XPS分析中發(fā)現(xiàn)的TiO2和N-O、C-O鍵進(jìn)一步驗(yàn)證了XRD的測(cè)試結(jié)果：在管壁及氣路中生成的雜質(zhì)鈦氧化物不可避免地被氣流帶入沉積區(qū)，附著在TiN涂層表面，高溫下鈦氧化物分解出O, O原子在最表層與N、C原子發(fā)生了鍵合；基體中的C原子獲得能量越過界面進(jìn)入了TiN涂層中。因此，微氧化和碳擴(kuò)散現(xiàn)象致使最表層的Ti、N元素含量低于C、O元素含量。
　　 從顯微金相和掃面電鏡的微觀形貌觀察，涂層組織為

4、柱狀晶，表面粗糙且不平整，計(jì)算所得的堆積因子僅為70％左右，致密度較低，涂層結(jié)構(gòu)間隙較大。因此，顯微硬度低于報(bào)道中的TiN涂層硬度，平均僅為1613HV，但結(jié)合力多能達(dá)到50N，最高能到70N。
　　 抗彎強(qiáng)度經(jīng)高溫化學(xué)氣相沉積處理后下降極為明顯，降幅約為30％-40％。比對(duì)各項(xiàng)性能結(jié)果，5號(hào)試樣的顯微硬度為2457HV，為其中最高；9號(hào)工藝制得的涂層結(jié)合力達(dá)到70N;而1號(hào)試樣抗彎強(qiáng)度僅降低了23.4％。
　　 經(jīng)過正