电弧离子镀制备AlCrSiN涂层及其性能研究
发布时间：2021-01-13 12:06
高速切削是一种高效、绿色环保的先进切削技术,是目前机械加工的发展方向,对适用于高速切削的刀具提出了苛刻要求。AlCrSiN涂层具有高硬度、良好的耐磨性、优异的热稳定性与抗氧化性能,是用于提高刀具切削性能,满足高速切削的理想涂层材料。电弧离子镀是工业上制备氮化物硬质涂层主要技术之一,高离化率、高粒子能量等特点使得电弧离子镀涂层具有良好的致密性和结合强度,在高效制备优质刀具涂层方面体现出明显的优势。本文采用电弧离子镀技术在硬质合金、硅片上沉积AlCrSi N涂层,研究了电弧离子镀工艺参数（弧电流、偏压与电磁线圈电压）对涂层表面形貌、成分、沉积速率、物相结构及力学性能的影响。在最佳工艺的基础上,重点研究了AlCrSiN涂层的热稳定性与高温抗氧化性能。利用SEM分析涂层的表面、截面形貌,XRD表征涂层的物相组成,显微维氏硬度计、划痕仪评估涂层的力学性能,球-盘式旋转摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能,EDS与EPMA分析涂层的成分。论文的主要研究结论如下:（1）电弧离子镀AlCrSiN涂层表面有许多液滴,截面无明显的柱状结构。涂层主要物相是fcc-（Cr,Al）N,具有B1-NaCl晶体结构...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CrN的晶体结构示意图
图 1-1 CrN 的晶体结构示意图Fig. 1-1 The crystal structure of pure CrN还影响 AlCrN 涂层的结合力，Sanche′z[17]等采用反应磁控共溅AlCrN 涂层，划痕实验结果表明 x>55%后，AlxCr1-xN 涂层开始荷随Al含量增大而减少。因此从刀具涂层的力学性能要求考虑，在避免形成 hcp-AlN 相。
第一章 绪论Si 的涂层柱状晶明显减少，截面形貌呈非晶态。Si 的加入可以提高 AlCrN 涂层的硬度和结合力，Zhang[28]等给出的解释是：(1)Si 原子固溶于 AlCrN 的晶格，由于固溶硬化效应，引起硬度提高；(2)涂层中相界的结合能高；(3)涂层中晶粒择优取向生长产生应力，限制位错的移动，增强抵抗塑性变形的能力，在性能表征上体现出硬度提高。TomasPolcar[29]等研究表明，AlCrSiN 具有优异的热稳定性和抗氧化性能，优于 CrAlSiN(Cr 含量高于 Al)和 CrAlN，在 900～1000℃几乎不发生氧化。Chen[30]等研究了 AlCrSiN-基涂层的耐磨性，结果显示 AlCrSiN-系涂层的耐磨性优于 AlCrN。Chang[31]等用 TiAlN、TiAlSiN 和 AlCrSiN 涂层刀具进行 Ti6Al4V 切削实验，发现在 350mm/min 的高速切削条件下，AlCrSiN 的使用寿命分别是 TiAlSiN 的 2.9 倍、TiAlN 的 4.2 倍和没有涂层的刀具的 9.5 倍，同时还表现出最好的耐磨性能，具有优异的切削性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]真空热处理对多弧离子镀TiAlSiN涂层性能的影响[J]. 张正权,金永中,陈昌浩,常鸿,林修州,崔学军. 中国表面工程. 2017(01)
[2]我国整体硬质合金刀具的市场格局和预测[J]. 工具技术. 2012(01)
[3]Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响[J]. 郑康培,刘平,李伟,马凤仓,刘新宽,陈小红,杨丽红. 真空科学与技术学报. 2011(06)
[4]弧电流对电弧离子镀CrN硬质涂层组织性能的影响[J]. 郑陈超,陈康敏,张晓柠,黄燕,关庆丰,宫磊,孙超. 航空材料学报. 2011(04)
[5]TiN和TiAlN涂层硬质合金的氧化和切削性能[J]. 徐银超,陈康华,王社权,祝昌军,谢灿强,陈响明. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(03)
[6]TiAlSiN多元PVD涂层的研究[J]. 李佳,陈利,王社权. 硬质合金. 2010(05)
[7]AlCrN硬质涂层材料的研究进展[J]. 郑康培,刘平,李伟,马凤仓,王均涛. 材料导报. 2010(17)
[8]我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景[J]. 邓福铭,卢学军. 硬质合金. 2010(04)
[9]CrAlN薄膜高温抗氧化性的研究[J]. 余春燕,王社斌,尹小定,许并社. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[10]高速切削加工技术发展与关键技术[J]. 李长河,丁玉成,卢秉恒. 青岛理工大学学报. 2009(02)
硕士论文
[1]电磁激励多弧离子镀AlCrN硬质膜结构和力学性能研究[D]. 陈忠.安徽工业大学 2014
[2]电弧离子镀TiN薄膜表面液滴及其对薄膜性能的影响研究[D]. 龚才.中南大学 2013
[3]划痕法评价氮化钛薄膜结合力研究[D]. 江范清.西南交通大学 2012
本文编号：2974846
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CrN的晶体结构示意图
图 1-1 CrN 的晶体结构示意图Fig. 1-1 The crystal structure of pure CrN还影响 AlCrN 涂层的结合力，Sanche′z[17]等采用反应磁控共溅AlCrN 涂层，划痕实验结果表明 x>55%后，AlxCr1-xN 涂层开始荷随Al含量增大而减少。因此从刀具涂层的力学性能要求考虑，在避免形成 hcp-AlN 相。
第一章 绪论Si 的涂层柱状晶明显减少，截面形貌呈非晶态。Si 的加入可以提高 AlCrN 涂层的硬度和结合力，Zhang[28]等给出的解释是：(1)Si 原子固溶于 AlCrN 的晶格，由于固溶硬化效应，引起硬度提高；(2)涂层中相界的结合能高；(3)涂层中晶粒择优取向生长产生应力，限制位错的移动，增强抵抗塑性变形的能力，在性能表征上体现出硬度提高。TomasPolcar[29]等研究表明，AlCrSiN 具有优异的热稳定性和抗氧化性能，优于 CrAlSiN(Cr 含量高于 Al)和 CrAlN，在 900～1000℃几乎不发生氧化。Chen[30]等研究了 AlCrSiN-基涂层的耐磨性，结果显示 AlCrSiN-系涂层的耐磨性优于 AlCrN。Chang[31]等用 TiAlN、TiAlSiN 和 AlCrSiN 涂层刀具进行 Ti6Al4V 切削实验，发现在 350mm/min 的高速切削条件下，AlCrSiN 的使用寿命分别是 TiAlSiN 的 2.9 倍、TiAlN 的 4.2 倍和没有涂层的刀具的 9.5 倍，同时还表现出最好的耐磨性能，具有优异的切削性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]真空热处理对多弧离子镀TiAlSiN涂层性能的影响[J]. 张正权,金永中,陈昌浩,常鸿,林修州,崔学军. 中国表面工程. 2017(01)
[2]我国整体硬质合金刀具的市场格局和预测[J]. 工具技术. 2012(01)
[3]Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响[J]. 郑康培,刘平,李伟,马凤仓,刘新宽,陈小红,杨丽红. 真空科学与技术学报. 2011(06)
[4]弧电流对电弧离子镀CrN硬质涂层组织性能的影响[J]. 郑陈超,陈康敏,张晓柠,黄燕,关庆丰,宫磊,孙超. 航空材料学报. 2011(04)
[5]TiN和TiAlN涂层硬质合金的氧化和切削性能[J]. 徐银超,陈康华,王社权,祝昌军,谢灿强,陈响明. 粉末冶金材料科学与工程. 2011(03)
[6]TiAlSiN多元PVD涂层的研究[J]. 李佳,陈利,王社权. 硬质合金. 2010(05)
[7]AlCrN硬质涂层材料的研究进展[J]. 郑康培,刘平,李伟,马凤仓,王均涛. 材料导报. 2010(17)
[8]我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景[J]. 邓福铭,卢学军. 硬质合金. 2010(04)
[9]CrAlN薄膜高温抗氧化性的研究[J]. 余春燕,王社斌,尹小定,许并社. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[10]高速切削加工技术发展与关键技术[J]. 李长河,丁玉成,卢秉恒. 青岛理工大学学报. 2009(02)
硕士论文
[1]电磁激励多弧离子镀AlCrN硬质膜结构和力学性能研究[D]. 陈忠.安徽工业大学 2014
[2]电弧离子镀TiN薄膜表面液滴及其对薄膜性能的影响研究[D]. 龚才.中南大学 2013
[3]划痕法评价氮化钛薄膜结合力研究[D]. 江范清.西南交通大学 2012
本文编号：2974846
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/2974846.html
教材专著
