多弧離子鍍Ti-Al-Zr-Cr-N系復(fù)合硬質(zhì)膜的制備、微結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、在高速鋼和硬質(zhì)合金刀具表面沉積TiN等硬質(zhì)膜，可提高刀具的硬度和耐磨性，從而提高刀具的切削性能和使用壽命。但隨著數(shù)控加工機(jī)床的逐漸普及，高速切削己成為機(jī)械加工的主流，TiN薄膜刀具難以滿足使用性能的要求。而另一方面，薄膜合金化、多層化和梯度化等復(fù)合形式可以實(shí)現(xiàn)提高硬質(zhì)薄膜的綜合性能和使用壽命。因此，本文旨在通過合金元素的添加和薄膜構(gòu)成形式的變化來探索TiN基復(fù)合薄膜綜合性能的改善。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ⑴采用多弧離子鍍技術(shù)，

2、使用兩個(gè)Ti-Al-Zr合金靶和一個(gè)純Cr靶，在W18Cr4V高速鋼和WC-8％Co硬質(zhì)合金兩種基體上成功地沉積了四種Ti-Al-Zr-Cr-N系復(fù)合硬質(zhì)膜，即(Ti,Al,Zr,Cr)N多元膜、(Ti,Al,Zr)N/(Ti,Al,Zr,Cr)N和CrN/(Ti,Al,Zr,Cr)N多元雙層膜以及TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N多元梯度膜。利用掃描電鏡(SEM)、激光掃描共聚焦光學(xué)顯微鏡、電子能譜儀(EDS)和X射線衍射

3、(XRD)對(duì)四種復(fù)合膜的成分、形貌、粗糙度和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)量和表征；利用顯微硬度計(jì)和劃痕儀測(cè)評(píng)了四種復(fù)合膜的硬度和膜/基結(jié)合力；利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了四種復(fù)合膜在常溫(15℃)和高溫(500℃)條件下的耐磨損特性，并采用SEM觀察了磨痕的表面形貌；同時(shí)對(duì)四種復(fù)合膜進(jìn)行了600℃、700℃、800℃和900℃短時(shí)(4h)高溫氧化實(shí)驗(yàn)及700°和800°長(zhǎng)時(shí)(1OOh)高溫循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)，并利用SEM、EDS和XRD觀察和分析了試樣表面的

4、氧化膜。研究結(jié)果表明，獲得的四種Ti-Al-Zr-Cr-N系復(fù)合硬質(zhì)膜均具有Bl-NaCl型的TiN面心立方結(jié)構(gòu)；四種復(fù)合膜的成分除-50V偏壓外，其它偏壓下的變化均不明顯；復(fù)合膜的表面都比較平整、致密，但仍然存在較多的大顆粒（微液滴）和微孔缺陷，同時(shí)增大偏壓可以減少其表面的液滴污染現(xiàn)象，表面粗糙度有所改善；復(fù)合膜與基體之間無明顯的缺陷，薄膜具有從基體到表面垂直生長(zhǎng)的柱狀晶組織；在不同的偏壓下，四種復(fù)合膜的厚度大約為1～1.5μm，而且

5、隨著偏壓的增大，其厚度有所減小。
　　 ⑵TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N多元梯度膜具有比(Ti,Al,Zr,Cr)N單層膜及(Ti,Al,Zr)N/(Ti,Al,Zr,Cr)N和CrN/(Ti,Al,Zr,Cr)N雙層膜更高的硬度和更強(qiáng)的膜/基結(jié)合力。當(dāng)高速鋼和硬質(zhì)合金基體上梯度膜的(Al+Zr+Cr)/(Ti+Al+Zr+Cr)原子比值分別達(dá)到0.45和0.39時(shí)，薄膜的顯微硬度分別達(dá)到最大值3500HV0.0

6、1和4000HV0.01，膜/基結(jié)合力也分別達(dá)到最大值200N和﹥200N。同時(shí)，TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜具有比(Ti,Al,Zr,Cr)N單層膜及(Ti,Al,Zr)N/(Ti,Al,Zr,Cr)N和CrN/(Ti,Al,Zr,Cr)N雙層膜更優(yōu)的耐磨性，其在常溫和高溫下磨損時(shí)的平均摩擦系數(shù)分別在0.25～0.3和0.3～0.35之間。而且，在短時(shí)氧化條件下，高速鋼和硬質(zhì)合金兩種基體上的TiAlZrCr/(