Ti(Cr)SiC(O)N涂層表面改性硬質(zhì)合金及熱處理對其機(jī)械性能的影響.pdf

1、鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能優(yōu)異等特點，在航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但由于鈦合金高溫化學(xué)活性大、導(dǎo)熱系數(shù)小及彈性模量低等原因，在鈦合金的加工過程中，刀具容易產(chǎn)生粘著、切削溫度高等問題而導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重。為了提高刀具的切削性能，對硬質(zhì)合金進(jìn)行了表面改性。本文以等離子體增強(qiáng)磁控濺射制備的TiSiCN、TiSiCON、TiCrSiCN、TiCrSiCON、CrSiCN和CrSiCON六種涂層為研究對象，尋找鈦合金切削的刀具涂層。采用掃描

2、電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、超顯微硬度測試、壓痕、劃痕以及摩擦磨損試驗等方法研究了涂層的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能，分析了氧元素對涂層形貌、結(jié)構(gòu)以及機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明:沉積態(tài)的涂層都為柱狀晶的生長方式，氧元素的加入使得柱狀晶的完整性降低，涂層的中的缺陷增多，涂層的致密度下降。沉積態(tài)涂層的納米晶結(jié)構(gòu)主要以面心立方(fcc)的Ti(C)N(或Cr(C)N)的(111)和(200)面為主，涂層中的Si主要存在于

3、非晶相中。含氧TiSiCON涂層出現(xiàn)了明顯的TiO2的衍射峰。CrSiCN涂層受到Cr-C形成的復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)的影響，衍射峰的強(qiáng)度最低。
　　氧元素的加入會降低涂層的硬度、彈性變形能力和壓痕韌性。在三種含氧涂層中，TiSiCON的壓痕韌性最差。沉積態(tài)Ti(Cr)SiC(O)N涂層和Al2O3的磨損方式都是以磨粒磨損為主，TiSiCON涂層比TiSiCN涂層有更差的抗磨粒磨損性能。而對于TiCr基和Cr基而言，TiCrSiCON和C

4、rSiCON涂層摩擦系數(shù)和磨損率都分別明顯小于TiCrSiCN和CrSiCN涂層，氧元素的加入提高了涂層的抗磨粒磨損性能。
　　為了研究熱處理對涂層結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的影響，700℃空氣保溫2h，隨爐冷卻處理后，TiSiCN涂層形成了均勻且較厚的氧化層，而CrSiCN涂層則形成了較薄的氧化層，TiCrSiCN涂層產(chǎn)生的氧化層最薄，TiCrSiCN涂層抗氧化性能最好。CrSiCON涂層在4×10-3 Pa真空500℃熱處理1h和700℃

5、空氣中熱處理2h后都出現(xiàn)了氧化物的結(jié)晶相。500℃真空熱處理和700℃空氣中熱處理后，不含氧涂層的硬度明顯降低，含氧涂層的硬度未出現(xiàn)明顯降低。兩種熱處理都使得Ti基TiSiCN涂層的結(jié)合性能有一定的提高，卻使得TiCr基和Cr基涂層的結(jié)合性能都明顯下降。500℃熱處理后TiCrSiCN和CrSiCN涂層以及700℃熱處理后的TiSiCN涂層與鈦合金的磨損方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟チＤp，顯著減少了鈦合金的粘著。
　　DLC涂層和TiSiCN/D