發(fā)布時(shí)間：2019-11-11 14:21

【摘要】：目的通過對滾輪表面制備超硬納微米TiAlSiN涂層,提高滾輪的綜合工作性能。方法采用陰極電弧離子鍍膜技術(shù)在滾輪工作面及高速鋼試樣表面制備超硬納微米TiAlSiN涂層。通過X射線熒光測量系統(tǒng)測量涂層厚度,采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察涂層表面特征和形貌,采用能譜儀(EDS)對涂層元素的成分進(jìn)行分析,通過納米壓痕儀及洛氏硬度計(jì)對涂層的硬度及膜基結(jié)合力進(jìn)行測定和分析。結(jié)果滾輪表面1.97μm厚的TiAlSiN涂層的Si原子數(shù)分?jǐn)?shù)為4.21%,其顯微硬度為37.69 GPa,涂層與基體的膜基結(jié)合力符合VDI-3198工業(yè)等級的HF3,呈現(xiàn)出較強(qiáng)的膜基結(jié)合力。經(jīng)生產(chǎn)線上滾壓機(jī)實(shí)際成形加工驗(yàn)證,涂層后滾輪的工作壽命是未涂層滾輪的5倍,滾輪具有強(qiáng)度高、耐磨損、抗氧化、耐腐蝕、粘附性降低等特性,顯著改善了磨損、剝落、疲勞裂紋、纏輥、粘滾等現(xiàn)象。結(jié)論在滾輪表面制備超硬納微米TiAlSiN涂層,能顯著提高滾輪的綜合工作性能。
【圖文】：

等研究了TiAlSiN涂層硬質(zhì)合金刀具切削鈦合金的性能，在相同切削條件下，TiAlSiN涂層刀具的壽命約為TiAlN的1.5倍[11-12]。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備，在滾輪表面采用陰極電弧技術(shù)制備了Si含量為4.21%的TiAlSiN涂層，解決實(shí)際應(yīng)用上滾輪失效形式多、成本高的問題，并對TiAlSiN硬質(zhì)涂層對滾輪性能的影響進(jìn)行研究。1實(shí)驗(yàn)1.1試樣的制備采用瑞士生產(chǎn)的ICS-04ARCPRO陰極電弧沉積系統(tǒng)，在滾輪及高速鋼試片上制備了納微米TiAlSiN涂層，滾輪及高速鋼的主要成分如表1所示。陰極電弧設(shè)備及真空爐腔結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝夾滾輪的轉(zhuǎn)爐架采用行星輪結(jié)構(gòu)，基體在涂層制備過程中可以公自傳，制備的涂層更加均勻致密。制備TiAlSiN涂層的靶材及其元素成分如表2所示。表1輥輪及高速鋼試片的主要成分Tab.1Maincomponentsofrollerwheelandhighspeedsteeltestpieceat.%材料CrMoVSiCW6542高速鋼4.151.90.30.86.2HSS4520.30.96圖1陰極電弧設(shè)備及真空爐腔示意Fig.1Schematicdiagramofcathodearcequipmentandva-cuumfurnacecavity

Ti靶Ti99.8%，Purity67%80%Al33%Si20%在制備TiAlSiN涂層之前，需對基體進(jìn)行拋光及超聲波清洗，清洗時(shí)間為30min。清洗完成并烘干后，將基體裝入真空爐腔，啟動(dòng)分子泵抽真空，，同時(shí)對基體梯度加熱升溫。待爐腔真空壓力為0.6Pa、溫度為400℃時(shí)，向爐腔中通入Ar氣（99.999%），在Ar氣環(huán)境中調(diào)節(jié)基體偏壓為500V進(jìn)行等離子刻蝕清洗，清洗時(shí)間為40min。刻蝕清洗完成后，通過改變靶材電流、爐腔壓力及真空度，在N2氛圍中沉積涂層，涂層的制備參數(shù)如表3所示，涂層的厚度隨沉積時(shí)間的延長而增加，涂層后的滾輪及試片如圖2所示。表3涂層的制備參數(shù)Tab.3PreparationparametersofcoatingTi靶電流/AAlTi靶電流/ATiSi靶電流/A基體偏壓/VN2氣流量（sccm）沉積溫度/℃轉(zhuǎn)速/(rmin1)沉積時(shí)間/h180~200160~180120~14080~100180~200420~45036a涂層高速鋼試片b涂層滾輪圖2涂層后的高速鋼試片及涂層滾輪Fig.2Coatedhighspeedsteeltestpieceandcoatedroller:(a)coatedhighspeedsteeltestpiece,(b)coatingroller1.2涂層性能測試采用球磨法測量涂層的厚度，鋼球直徑為30mm，球磨儀轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為1200r/min，研磨時(shí)間為35s。采用球磨儀及高分辨率顯微鏡（型號為GSX-500）觀察球磨形貌。涂層厚度通過KaloMAX軟件自動(dòng)測量，分別測量各試件5個(gè)點(diǎn)的厚度，取平均厚度作為涂層的厚度值。利用高分辨率及放大倍數(shù)的掃描電子顯微鏡（Quanta200FEG）觀察涂層的表面及斷面特征，該掃描電鏡配備有能譜儀（Energydispersivespec-trometer，EDS），利用能譜儀分析涂層的微觀成分，能譜分析的加速電壓為20kV，放大倍數(shù)為10000倍。采用美國MTS公司的NanoIndenterXP納米壓痕儀（帶Berkovich金剛石壓頭），運(yùn)用連續(xù)剛度測量方法（CSM）檢測涂層的硬度，控制參?


本文編號：2559296