電弧離子鍍制備AlCrSiN涂層及其性能研究
發(fā)布時間：2021-01-13 12:06
高速切削是一種高效、綠色環(huán)保的先進切削技術,是目前機械加工的發(fā)展方向,對適用于高速切削的刀具提出了苛刻要求。AlCrSiN涂層具有高硬度、良好的耐磨性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與抗氧化性能,是用于提高刀具切削性能,滿足高速切削的理想涂層材料。電弧離子鍍是工業(yè)上制備氮化物硬質(zhì)涂層主要技術之一,高離化率、高粒子能量等特點使得電弧離子鍍涂層具有良好的致密性和結合強度,在高效制備優(yōu)質(zhì)刀具涂層方面體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。本文采用電弧離子鍍技術在硬質(zhì)合金、硅片上沉積AlCrSi N涂層,研究了電弧離子鍍工藝參數(shù)（弧電流、偏壓與電磁線圈電壓）對涂層表面形貌、成分、沉積速率、物相結構及力學性能的影響。在最佳工藝的基礎上,重點研究了AlCrSiN涂層的熱穩(wěn)定性與高溫抗氧化性能。利用SEM分析涂層的表面、截面形貌,XRD表征涂層的物相組成,顯微維氏硬度計、劃痕儀評估涂層的力學性能,球-盤式旋轉摩擦磨損試驗機測試涂層的摩擦磨損性能,EDS與EPMA分析涂層的成分。論文的主要研究結論如下:（1）電弧離子鍍AlCrSiN涂層表面有許多液滴,截面無明顯的柱狀結構。涂層主要物相是fcc-（Cr,Al）N,具有B1-NaCl晶體結構...
【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
CrN的晶體結構示意圖
圖 1-1 CrN 的晶體結構示意圖Fig. 1-1 The crystal structure of pure CrN還影響 AlCrN 涂層的結合力，Sanche′z[17]等采用反應磁控共濺AlCrN 涂層，劃痕實驗結果表明 x>55%后，AlxCr1-xN 涂層開始荷隨Al含量增大而減少。因此從刀具涂層的力學性能要求考慮，在避免形成 hcp-AlN 相。
第一章 緒論Si 的涂層柱狀晶明顯減少，截面形貌呈非晶態(tài)。Si 的加入可以提高 AlCrN 涂層的硬度和結合力，Zhang[28]等給出的解釋是：(1)Si 原子固溶于 AlCrN 的晶格，由于固溶硬化效應，引起硬度提高；(2)涂層中相界的結合能高；(3)涂層中晶粒擇優(yōu)取向生長產(chǎn)生應力，限制位錯的移動，增強抵抗塑性變形的能力，在性能表征上體現(xiàn)出硬度提高。TomasPolcar[29]等研究表明，AlCrSiN 具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能，優(yōu)于 CrAlSiN(Cr 含量高于 Al)和 CrAlN，在 900～1000℃幾乎不發(fā)生氧化。Chen[30]等研究了 AlCrSiN-基涂層的耐磨性，結果顯示 AlCrSiN-系涂層的耐磨性優(yōu)于 AlCrN。Chang[31]等用 TiAlN、TiAlSiN 和 AlCrSiN 涂層刀具進行 Ti6Al4V 切削實驗，發(fā)現(xiàn)在 350mm/min 的高速切削條件下，AlCrSiN 的使用壽命分別是 TiAlSiN 的 2.9 倍、TiAlN 的 4.2 倍和沒有涂層的刀具的 9.5 倍，同時還表現(xiàn)出最好的耐磨性能，具有優(yōu)異的切削性能。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]真空熱處理對多弧離子鍍TiAlSiN涂層性能的影響[J]. 張正權,金永中,陳昌浩,常鴻,林修州,崔學軍. 中國表面工程. 2017(01)
[2]我國整體硬質(zhì)合金刀具的市場格局和預測[J]. 工具技術. 2012(01)
[3]Al含量對CrAlN涂層微觀結構和力學性能的影響[J]. 鄭康培,劉平,李偉,馬鳳倉,劉新寬,陳小紅,楊麗紅. 真空科學與技術學報. 2011(06)
[4]弧電流對電弧離子鍍CrN硬質(zhì)涂層組織性能的影響[J]. 鄭陳超,陳康敏,張曉檸,黃燕,關慶豐,宮磊,孫超. 航空材料學報. 2011(04)
[5]TiN和TiAlN涂層硬質(zhì)合金的氧化和切削性能[J]. 徐銀超,陳康華,王社權,祝昌軍,謝燦強,陳響明. 粉末冶金材料科學與工程. 2011(03)
[6]TiAlSiN多元PVD涂層的研究[J]. 李佳,陳利,王社權. 硬質(zhì)合金. 2010(05)
[7]AlCrN硬質(zhì)涂層材料的研究進展[J]. 鄭康培,劉平,李偉,馬鳳倉,王均濤. 材料導報. 2010(17)
[8]我國超硬刀具高速切削技術發(fā)展現(xiàn)狀、問題及前景[J]. 鄧福銘,盧學軍. 硬質(zhì)合金. 2010(04)
[9]CrAlN薄膜高溫抗氧化性的研究[J]. 余春燕,王社斌,尹小定,許并社. 稀有金屬材料與工程. 2009(06)
[10]高速切削加工技術發(fā)展與關鍵技術[J]. 李長河,丁玉成,盧秉恒. 青島理工大學學報. 2009(02)
碩士論文
[1]電磁激勵多弧離子鍍AlCrN硬質(zhì)膜結構和力學性能研究[D]. 陳忠.安徽工業(yè)大學 2014
[2]電弧離子鍍TiN薄膜表面液滴及其對薄膜性能的影響研究[D]. 龔才.中南大學 2013
[3]劃痕法評價氮化鈦薄膜結合力研究[D]. 江范清.西南交通大學 2012
本文編號：2974846
【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：78 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
CrN的晶體結構示意圖
圖 1-1 CrN 的晶體結構示意圖Fig. 1-1 The crystal structure of pure CrN還影響 AlCrN 涂層的結合力，Sanche′z[17]等采用反應磁控共濺AlCrN 涂層，劃痕實驗結果表明 x>55%后，AlxCr1-xN 涂層開始荷隨Al含量增大而減少。因此從刀具涂層的力學性能要求考慮，在避免形成 hcp-AlN 相。
第一章 緒論Si 的涂層柱狀晶明顯減少，截面形貌呈非晶態(tài)。Si 的加入可以提高 AlCrN 涂層的硬度和結合力，Zhang[28]等給出的解釋是：(1)Si 原子固溶于 AlCrN 的晶格，由于固溶硬化效應，引起硬度提高；(2)涂層中相界的結合能高；(3)涂層中晶粒擇優(yōu)取向生長產(chǎn)生應力，限制位錯的移動，增強抵抗塑性變形的能力，在性能表征上體現(xiàn)出硬度提高。TomasPolcar[29]等研究表明，AlCrSiN 具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能，優(yōu)于 CrAlSiN(Cr 含量高于 Al)和 CrAlN，在 900～1000℃幾乎不發(fā)生氧化。Chen[30]等研究了 AlCrSiN-基涂層的耐磨性，結果顯示 AlCrSiN-系涂層的耐磨性優(yōu)于 AlCrN。Chang[31]等用 TiAlN、TiAlSiN 和 AlCrSiN 涂層刀具進行 Ti6Al4V 切削實驗，發(fā)現(xiàn)在 350mm/min 的高速切削條件下，AlCrSiN 的使用壽命分別是 TiAlSiN 的 2.9 倍、TiAlN 的 4.2 倍和沒有涂層的刀具的 9.5 倍，同時還表現(xiàn)出最好的耐磨性能，具有優(yōu)異的切削性能。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]真空熱處理對多弧離子鍍TiAlSiN涂層性能的影響[J]. 張正權,金永中,陳昌浩,常鴻,林修州,崔學軍. 中國表面工程. 2017(01)
[2]我國整體硬質(zhì)合金刀具的市場格局和預測[J]. 工具技術. 2012(01)
[3]Al含量對CrAlN涂層微觀結構和力學性能的影響[J]. 鄭康培,劉平,李偉,馬鳳倉,劉新寬,陳小紅,楊麗紅. 真空科學與技術學報. 2011(06)
[4]弧電流對電弧離子鍍CrN硬質(zhì)涂層組織性能的影響[J]. 鄭陳超,陳康敏,張曉檸,黃燕,關慶豐,宮磊,孫超. 航空材料學報. 2011(04)
[5]TiN和TiAlN涂層硬質(zhì)合金的氧化和切削性能[J]. 徐銀超,陳康華,王社權,祝昌軍,謝燦強,陳響明. 粉末冶金材料科學與工程. 2011(03)
[6]TiAlSiN多元PVD涂層的研究[J]. 李佳,陳利,王社權. 硬質(zhì)合金. 2010(05)
[7]AlCrN硬質(zhì)涂層材料的研究進展[J]. 鄭康培,劉平,李偉,馬鳳倉,王均濤. 材料導報. 2010(17)
[8]我國超硬刀具高速切削技術發(fā)展現(xiàn)狀、問題及前景[J]. 鄧福銘,盧學軍. 硬質(zhì)合金. 2010(04)
[9]CrAlN薄膜高溫抗氧化性的研究[J]. 余春燕,王社斌,尹小定,許并社. 稀有金屬材料與工程. 2009(06)
[10]高速切削加工技術發(fā)展與關鍵技術[J]. 李長河,丁玉成,盧秉恒. 青島理工大學學報. 2009(02)
碩士論文
[1]電磁激勵多弧離子鍍AlCrN硬質(zhì)膜結構和力學性能研究[D]. 陳忠.安徽工業(yè)大學 2014
[2]電弧離子鍍TiN薄膜表面液滴及其對薄膜性能的影響研究[D]. 龔才.中南大學 2013
[3]劃痕法評價氮化鈦薄膜結合力研究[D]. 江范清.西南交通大學 2012
本文編號：2974846
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/jinshugongy/2974846.html
最近更新
教材專著
