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CrAlN/TiAlN多层刀具涂层的制备及其性能
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作者 任俊泽 苏峰华 +1 位作者 李助军 刘怡飞 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期36-48,共13页
现代金属切削加工正向着高速、高精度和高效的方向发展,对刀具的性能有着越来越高的要求。利用表面技术对刀具表面进行改性,是提高刀具性能和寿命的有效途径。使用多弧离子镀膜技术在YG6硬质合金以及三刃立铣刀表面制备了Cr Al N/CrN/Cr... 现代金属切削加工正向着高速、高精度和高效的方向发展,对刀具的性能有着越来越高的要求。利用表面技术对刀具表面进行改性,是提高刀具性能和寿命的有效途径。使用多弧离子镀膜技术在YG6硬质合金以及三刃立铣刀表面制备了Cr Al N/CrN/Cr、TiAlN/CrN/Cr、Cr Al N/TiAlN/CrN/Cr三组涂层,并对三种涂层的制备技术、微观结构与性能差异、及耐磨与切削寿命提高机制进行研究。X射线衍射分析表明,三种涂层均为面心立方结构,其中TiAlN涂层表现出(200)晶面择优取向,而CrAlN和Cr Al N/TiAlN涂层则表现出(111)面的择优取向。使用显微硬度计和划痕仪对涂层的显微硬度和结合力进行测试,结果表明Cr Al N/TiAlN多层涂层的显微硬度和膜基结合力分别为2651 HV和59.2 N,显著高于TiAlN和CrAlN涂层。采用高温摩擦试验机评价了三种涂层的摩擦学性能,结果表明Cr Al N/TiAlN多涂层的摩擦性能优于TiAlN涂层和CrAlN涂层,室温下其平均摩擦因数和磨损率分别为0.603和2.92×10^(-6)mm^(3)(N·m)^(-1)。当温度增加到400℃时,Cr Al N/TiAlN涂层的平均摩擦因数进一步降低为0.467,磨损率增加至1.31×10^(-5)mm^(3)(N·m)^(-1)。铣削试验结果显示,TiAlN涂层刀具、CrAlN涂层刀具和Cr Al N/TiAlN涂层刀具的铣削寿命相对于无涂层刀具分别提升了80%、140%和200%,被加工样件的表面粗糙度分别降低至462 nm、415 nm和402 nm。研究结果表明Cr Al N/TiAlN涂层在现代切削加工领域有着良好的应用潜力。 展开更多
关键词 多弧离子镀 刀具涂层 多层涂层 CrAlN/tialn 切削性能
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基底偏压对TiAlN涂层微观结构及摩擦学性能影响
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作者 周敏 刘帅 +2 位作者 王庆业 丁继成 郑军 《真空与低温》 2025年第5期569-576,共8页
采用电弧离子镀技术,在氮气气氛中通过调节基体偏压控制涂层沉积粒子的能量,分别在-50 V、-100 V、-150 V偏压下制备了三组不同的TiAlN涂层样品。研究结果表明,TiAlN涂层为柱状结构,随着偏压增加,涂层组织结构越来越致密。XRD结果表明... 采用电弧离子镀技术,在氮气气氛中通过调节基体偏压控制涂层沉积粒子的能量,分别在-50 V、-100 V、-150 V偏压下制备了三组不同的TiAlN涂层样品。研究结果表明,TiAlN涂层为柱状结构,随着偏压增加,涂层组织结构越来越致密。XRD结果表明涂层为fcc-(Ti,Al)N晶相结构。随着偏压增加,TiAlN涂层硬度呈现先上升后降低的趋势,在偏压-100 V时硬度达到最大值32.1 GPa,这是晶粒细化等多因素共同作用的结果。涂层摩擦系数和磨损率则随着偏压的增大而增大,在-50 V偏压时,涂层的摩擦系数最小,为0.67;磨损率最小,为4.17×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。因此,通过调节偏压参数可调控涂层的力学性能和摩擦学性能,为解决硬质合金等基体的表面改性问题提供有效途径。 展开更多
关键词 tialn涂层 电弧离子镀 偏压 显微结构 摩擦学性能
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H13钢多弧离子镀CrAlN/TiAlN复合涂层的组织性能研究
3
作者 邵宇航 王帅 +6 位作者 方略 田双 罗金山 张永伟 李晓燚 胡毅 周志明 《广州化工》 2025年第11期63-66,共4页
为了提高H13钢表面显微硬度和耐磨性能,采用多弧离子镀技术在氮化处理后的H13钢表面制备CrAlN/TiAlN复合涂层,并分析对比其组织性能。实验结果表明:氮化处理后的H13钢沉积CrAlN/TiAlN复合涂层的显微硬度得到显著提升,其中TiAlN+CrAlN复... 为了提高H13钢表面显微硬度和耐磨性能,采用多弧离子镀技术在氮化处理后的H13钢表面制备CrAlN/TiAlN复合涂层,并分析对比其组织性能。实验结果表明:氮化处理后的H13钢沉积CrAlN/TiAlN复合涂层的显微硬度得到显著提升,其中TiAlN+CrAlN复合涂层的显微硬度可以达到3957 HV,是H13钢基体显微硬度(200 HV)的近20倍。结合摩擦磨损实验得出:复合涂层的磨损率低于单层涂层以及H13钢基体,其中,TiAlN+CrAlN复合涂层的磨损率为2.99×10^(-7)mm^(3)/(N·m),比H13钢基体低了两个数量级,耐磨性能提高最为显著,其次是CrAlN+TiAlN复合涂层,其磨损率为1.72×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。综合表明复合涂层不仅显著提高了H13钢的显微硬度,还有效提高H13钢的耐磨性能。 展开更多
关键词 H13钢 多弧离子镀 CrAlN/tialn复合涂层
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TiAlN基涂层的研究现状及展望
4
作者 何静 张而耕 +3 位作者 黄彪 周琼 陈强 梁丹丹 《热加工工艺》 北大核心 2025年第13期10-16,共7页
TiAlN涂层由于高硬度、良好的热稳定性等优异性能被广泛应用于刀具、零部件表面作为耐磨防护层。但随切削温度超过1000℃高温合金等难加工材料的应用,TiAlN涂层已不能满足需求。而通过元素掺杂可以改善TiAlN涂层的抗氧化性、耐磨性以及... TiAlN涂层由于高硬度、良好的热稳定性等优异性能被广泛应用于刀具、零部件表面作为耐磨防护层。但随切削温度超过1000℃高温合金等难加工材料的应用,TiAlN涂层已不能满足需求。而通过元素掺杂可以改善TiAlN涂层的抗氧化性、耐磨性以及提高其硬度。介绍了TiAlN基涂层的制备技术,并对各制备技术的原理以及优缺点进行了描述。综述了常见的Si、Cr元素掺杂TiAlN四元以及五元涂层的研究现状,从多角度阐述了元素掺杂对TiAlN涂层增硬、提高耐氧化性以及耐磨性的机理,并归纳了目前掺杂TiAlN基涂层的不足。最后,对TiAlN基涂层进行了展望,以期为TiAlN基涂层的进一步应用提供指导。 展开更多
关键词 tialn涂层 制备技术 硬度 抗氧化性 耐磨性
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Kr流量对TiAlN涂层结构和摩擦学性能的影响
5
作者 贺玮迪 姚晓周 +3 位作者 吴孟玥 吴春涛 赵金伟 胡恒宁 《工具技术》 北大核心 2025年第10期28-34,共7页
为研究溅射气体对TiAlN涂层结构和性能的影响,利用磁控溅射技术制备不同Kr气流量下的TiAlN涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕以及摩擦磨损仪对涂层微观组织、力学性能及摩擦性能进行分析。结果表明,溅射气体并未对涂层... 为研究溅射气体对TiAlN涂层结构和性能的影响,利用磁控溅射技术制备不同Kr气流量下的TiAlN涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕以及摩擦磨损仪对涂层微观组织、力学性能及摩擦性能进行分析。结果表明,溅射气体并未对涂层取向和微观组织造成明显影响,随着Kr气流量的增大、Ar气流量的减小,涂层晶粒尺寸整体表现出增大趋势,涂层中Ti元素含量增大,而涂层硬度表现出先降低后增大的趋势。摩擦磨损实验结果表明,Kr气对涂层表面质量有明显影响,涂层的摩擦系数随Kr气流量的增大而降低,所有涂层磨损机理均为磨粒磨损和黏着磨损。此外受柱状晶结构和剪切应力的影响,涂层会在磨损过程中出现分层剥落现象。 展开更多
关键词 tialn 溅射气体 微观结构 摩擦学性能
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激光织构化DLC/TiAlN复合涂层刀具切削性能研究
6
作者 李海山 姜明晶 +2 位作者 张闯 殷俊豪 张克栋 《现代制造工程》 北大核心 2025年第3期1-8,30,共9页
为实现难加工材料的高性能干切削,将高硬度和高结合强度的TiAlN作为支撑层,以具有自润滑特性的DLC涂层作为功能顶层,制备出兼具减摩性与耐磨性的DLC/TiAlN复合涂层刀具,并在DLC/TiAlN界面间进行液相辅助激光织构化处理,以增强层间结合... 为实现难加工材料的高性能干切削,将高硬度和高结合强度的TiAlN作为支撑层,以具有自润滑特性的DLC涂层作为功能顶层,制备出兼具减摩性与耐磨性的DLC/TiAlN复合涂层刀具,并在DLC/TiAlN界面间进行液相辅助激光织构化处理,以增强层间结合强度。利用干切削316不锈钢试验,研究了仅TiAlN涂层(NC)的刀具、未处理的DLC/TiAlN复合涂层(UC)刀具、空气下激光处理的DLC/TiAlN复合涂层(AC)刀具和液相辅助激光处理的DLC/TiAlN复合涂层(LC)刀具4种刀具在不同切削参数下干切削不锈钢时切削力/热、切屑形态、涂层剥落和刀具黏结等切削性能。结果表明,相比于NC刀具,UC、AC和LC刀具的切削力得到了不同程度的降低。当切削速度为200 m/min时,LC刀具的总切削力最低,降低了26.5%,同时,LC刀具的前刀面磨损最为轻微,涂层完整性最好。 展开更多
关键词 DLC/tialn涂层 液相辅助 激光处理 切削性能
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不同调制周期TiAlN/VN多层膜的微观结构、力学和摩擦性能研究
7
作者 陆昆 叶青青 +2 位作者 黄冠楠 郑怡 李友余 《山西师范大学学报(自然科学版)》 2024年第1期59-63,共5页
为了研究调制周期对TiAlN/VN纳米结构多层膜结构和性能的影响,采用射频磁控溅射的方法,制备一系列不同调制周期对TiAlN/VN纳米结构多层膜.分别利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对薄膜的相... 为了研究调制周期对TiAlN/VN纳米结构多层膜结构和性能的影响,采用射频磁控溅射的方法,制备一系列不同调制周期对TiAlN/VN纳米结构多层膜.分别利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对薄膜的相结构、截面形貌、硬度和摩擦学性能进行表征.研究结果表明:TiAlN/VN多层膜始终沿(111)面择优生长.随着调制周期的增加,多层膜的硬度表现为先增加后减小,调制周期6 nm时,多层膜硬度最高,为33.12 GPa,分析认为晶格错配引发的交变应力场是多层膜出现“超硬效应”的原因.室温条件下调制周期6 nm时多层膜平均摩擦系数最小,为0.3628;高温635℃时调制周期8 nm对应的多层膜平均摩擦系数最小,为0.2485. 展开更多
关键词 磁控溅射 tialn/VN多层膜 硬度 摩擦性能
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CrN/TiAlN多层涂层的微观结构和摩擦磨损性能 被引量:4
8
作者 田峰 段海涛 +4 位作者 潘邻 许鑫宇 秦江林 魏琴琴 罗国强 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期232-241,共10页
特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行,底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效,在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多... 特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行,底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效,在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多层CrN/TiAlN涂层,用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、表面轮廓仪、纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机,研究涂层的微观结构、机械性能和摩擦磨损性能。结果表明单层CrN涂层厚度为0.87μm,其硬度和模量最小为19.49 GPa和160.53 GPa。CrN/TiAlN多层涂层的硬度和模量明显提高,且随过渡层厚度增加而增大,4CrN/TiAlN涂层的硬度和模量可达到39.86 GPa和386.72 GPa。在空气环境下的摩擦磨损试验中,单层CrN涂层被快速破坏;CrN/TiAlN多层涂层的平均摩擦因数随着过渡层厚度的增加先增大后减小,最大磨损深度和磨痕截面积不断下降。4CrN/TiAlN涂层具有最优摩擦磨损性能,其平均摩擦因数为0.792 5,磨痕截面积为315.09μm^(2),磨损机理为磨粒磨损和少量粘着磨损。提高过渡层厚度能够降低基体的塑性变形,降低涂层与基体的物理性能差异,减少涂层开裂并提高涂层摩擦磨损性能。通过调控过渡层厚度获得性能优异的CrN/TiAlN多层涂层,研究成果可应用于车辆旋转密封件上,显著提高密封工作面耐磨损性能。 展开更多
关键词 45#钢 CRN涂层 CrN/tialn 多层涂层 耐磨性 磨损机制
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元素掺杂对TiAlN涂层刀具性能影响的研究进展 被引量:3
9
作者 周兰 罗定文 +1 位作者 安国升 马蓉 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期109-121,共13页
随着我国制造业的快速发展与难加工材料的接连涌现,迫切需要切削技术不断更新迭代,而切削刀具的发展成为提升加工效率的关键因素。近年来,涂层技术成为提高刀具切削性能的有效途径,特别是TiAlN涂层凭借良好的耐磨性与稳定性,被广泛应用... 随着我国制造业的快速发展与难加工材料的接连涌现,迫切需要切削技术不断更新迭代,而切削刀具的发展成为提升加工效率的关键因素。近年来,涂层技术成为提高刀具切削性能的有效途径,特别是TiAlN涂层凭借良好的耐磨性与稳定性,被广泛应用于切削刀具。然而,传统TiAlN涂层刀具难以承担热力化多重耦合的苛刻工况。如何通过元素掺杂,形成固溶强化与细晶强化,便捷、高效地提升TiAlN涂层刀具的切削性能,成为该领域的研究热点。针对此问题,本文概述了TiAlN涂层的作用机理与制备方法,分析了不同工艺所获涂层的微观形貌与物相结构,阐述了高温工况TiAlN涂层由于氧化与相变导致的使用局限性,着重综述了掺杂Si,C,Cr,B与V元素对TiAlN涂层微观结构、硬度、耐磨性、抗氧化性与刀具使用寿命的影响,最后对TiAlN涂层刀具的未来发展进行了总结。 展开更多
关键词 切削 涂层刀具 tialn 元素掺杂
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溅射功率对直流磁控溅射TiAlN涂层组织和摩擦学性能的影响 被引量:2
10
作者 孙琛扬 王疆瑛 +1 位作者 张高会 徐欣 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期116-122,共7页
在室温下采用直流磁控溅射技术在304L不锈钢表面制备TiAlN涂层,研究了溅射功率(80,100,120,140,160 W)对TiAlN涂层组织和摩擦学性能的影响。结果表明:TiAlN涂层由面心立方结构的TiAlN相以及少量TiN和AlN相组成。随着溅射功率的增加,TiAl... 在室温下采用直流磁控溅射技术在304L不锈钢表面制备TiAlN涂层,研究了溅射功率(80,100,120,140,160 W)对TiAlN涂层组织和摩擦学性能的影响。结果表明:TiAlN涂层由面心立方结构的TiAlN相以及少量TiN和AlN相组成。随着溅射功率的增加,TiAlN涂层变厚,表面晶粒更加致密,但溅射功率160 W下制备的涂层表面大颗粒较多,晶粒尺寸先变小后变大,结合力先增大后减小,平均摩擦因数和比磨损率均整体呈先减小后增大的趋势;溅射功率140 W下制备的涂层具有最小的晶粒尺寸、最强的结合力、最小的平均摩擦因数和比磨损率,磨痕较平整且仅有少量磨屑,磨损机制为轻微的黏着磨损。 展开更多
关键词 tialn涂层 直流磁控溅射 溅射功率 摩擦学性能
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硅、铬掺杂对TiAlN基涂层微观结构及摩擦学性能的影响 被引量:1
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作者 黄彪 周琼 +1 位作者 王雅琪 安琦 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期67-73,共7页
分别以Ti_(0.5)Al_(0.5)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Cr_(0.1)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)为靶材,采用电弧离子镀技术制备了TiAlN涂层、TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层,研究了硅、铬掺杂(二者掺杂量近似相同)对TiAlN基涂层微观结构、力学性能以及摩擦... 分别以Ti_(0.5)Al_(0.5)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Cr_(0.1)、Ti_(0.5)Al_(0.4)Si_(0.1)为靶材,采用电弧离子镀技术制备了TiAlN涂层、TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层,研究了硅、铬掺杂(二者掺杂量近似相同)对TiAlN基涂层微观结构、力学性能以及摩擦学性能的影响。结果表明:TiAlN涂层、TiAlSiN涂层和TiAlCrN涂层均结构致密,与基体结合良好,呈柱状晶生长,呈现较强的(200)晶面择优取向;硅、铬元素掺杂使得涂层晶粒细化,其中硅元素掺杂形成的Si_(3)N_(4)非晶相对(Ti,Al)N纳米晶生长有抑制作用,TiAlSiN涂层的晶粒尺寸最小。硅、铬元素掺杂提高了涂层的硬度和内应力,并且硅掺杂的提升效果更好;硅、铬掺杂降低了涂层的硬度与弹性模量的比值和结合力,并且硅掺杂的降低幅度更大,TiAlSiN涂层的韧性最差;硅元素和铬元素的掺杂均能降低TiAlN涂层的摩擦因数和磨损率,硅掺杂对摩擦因数的降低幅度高于铬掺杂,对磨损率的降低幅度低于铬掺杂。 展开更多
关键词 硅掺杂 铬掺杂 tialn基涂层 微观结构 力学性能
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不同偏压的Cr离子刻蚀对TiAlN涂层硬质合金的影响
12
作者 向艺桐 熊计 +1 位作者 向清洲 郭智兴 《工具技术》 北大核心 2024年第11期23-29,共7页
本文采用阴极电弧沉积技术在不同偏压下进行Cr离子刻蚀硬质合金,并在其表面沉积TiAlN涂层,研究不同偏压下的Cr离子刻蚀对涂层硬质合金的影响。Cr离子刻蚀后,硬质合金基体表面粗糙度显著增加,且在基体表面能检测到更多的Cr元素;Cr离子刻... 本文采用阴极电弧沉积技术在不同偏压下进行Cr离子刻蚀硬质合金,并在其表面沉积TiAlN涂层,研究不同偏压下的Cr离子刻蚀对涂层硬质合金的影响。Cr离子刻蚀后,硬质合金基体表面粗糙度显著增加,且在基体表面能检测到更多的Cr元素;Cr离子刻蚀可在清洁基板的同时增加基体表面粗糙度,使得涂层与基体间的机械互锁增强,进而提高结合力;从涂层与基体界面的HR-TEM图像可以发现,在Cr离子刻蚀处理后的基体上涂层呈外延生长,有利于提高结合强度。此外,当刻蚀偏压为-200V时,基体表面沉积的Cr层能够降低涂层与基体间的残余应力,可将涂层与基体的结合力从61N提高至77N。随着刻蚀偏压的提高,涂层硬质合金的耐磨性增加,其磨损机理为磨料磨损和黏着磨损。 展开更多
关键词 离子刻蚀 tialn 硬质合金 阴极电弧沉积
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TiAlN硬质薄膜的制备工艺及结构性能研究进展
13
作者 徐照英 张腾飞 +1 位作者 王锦标 陈巧旺 《真空》 CAS 2024年第2期29-36,共8页
硬质TiAlN薄膜作为最有前途的TiN薄膜替代材料,具有比TiN薄膜更高的硬度、低摩擦因数、良好的高温稳定性和耐腐蚀性等优异性能,在石油、刀具、模具、电力、航空发动机等领域得到广泛应用。本文综述了TiAlN薄膜近年来国内外的应用及发展... 硬质TiAlN薄膜作为最有前途的TiN薄膜替代材料,具有比TiN薄膜更高的硬度、低摩擦因数、良好的高温稳定性和耐腐蚀性等优异性能,在石油、刀具、模具、电力、航空发动机等领域得到广泛应用。本文综述了TiAlN薄膜近年来国内外的应用及发展情况,着重阐述了TiAlN薄膜的制备方法,以及工艺参数对TiAlN薄膜性能的影响。同时对TiAlN硬质涂层的结构和性能进行了全面介绍,指出了TiAlN硬质薄膜性能优化的方法,并对TiAlN硬质薄膜的研究以及应用方向进行了展望。TiAlN硬质薄膜会随着科研人员的进一步深入研究以及应用的需求向复合化、多元化、纳米多层结构方向发展。 展开更多
关键词 tialn薄膜 制备方法 结构 性能
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硬质合金表面预处理状态对TiAlCrSiN/TiAlN涂层结构与机械性能的影响
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作者 余晶 敬正彪 +1 位作者 鲜广 冉龙姣 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期272-278,共7页
采用电弧离子镀工艺在不同预处理后的硬质合金表面制备TiAlCrSiN/TiAlN涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、压痕法等研究硬质合金表面形态和涂层结构、力学性能和结合强度。结果表明:抛光处理后的硬质合金表面十分平整,表面... 采用电弧离子镀工艺在不同预处理后的硬质合金表面制备TiAlCrSiN/TiAlN涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、压痕法等研究硬质合金表面形态和涂层结构、力学性能和结合强度。结果表明:抛光处理后的硬质合金表面十分平整,表面粗糙度低至7.7 nm。酸洗处理使硬质合金表层Co相溶解而暴露出更多的硬质相,表面粗糙度增大,TiAlCrSiN/TiAlN涂层在酸洗处理的硬质合金上生长速率增大,晶粒细小,硬度和弹性模量高,但硬模比较低。喷砂处理使Co相塑性变形而包络更多的硬质相,表面粗糙度大幅增加,TiAlCrSiN/TiAlN涂层在喷砂处理的硬质合金上生长速率稍降低,晶粒粗大,硬度和弹性模量小,但硬模比较高。酸洗+喷砂复合处理的硬质合金表面TiAlCrSiN/TiAlN涂层的硬度、弹性模量、硬模比介于两种单独处理方式的之间。 展开更多
关键词 基体预处理 电弧离子镀 TiAlCrSiN/tialn 涂层 表面粗糙度 界面
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Multiscale Simulation of Microstructure Evolution during Preparation and Service Processes of Physical Vapor Deposited c-TiAlN Coatings
15
作者 Yehao Long Jing Zhong +2 位作者 Tongdi Zhang Li Chen Lijun Zhang 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第6期3435-3453,共19页
Physical Vapor Deposited(PVD)TiAlN coatings are extensively utilized as protective layers for cutting tools,renowned for their excellent comprehensive performance.To optimize quality control of TiAlN coatings for cutt... Physical Vapor Deposited(PVD)TiAlN coatings are extensively utilized as protective layers for cutting tools,renowned for their excellent comprehensive performance.To optimize quality control of TiAlN coatings for cutting tools,a multi-scale simulation approach is proposed that encompasses the microstructure evolution of coatings considering the entire preparation and service lifecycle of PVD TiAlN coatings.This scheme employs phase-field simulation to capture the essential microstructure of the PVD-prepared TiAlN coatings.Moreover,cutting simulation is used to determine the service temperature experienced during cutting processes at varying rates.Cahn-Hilliard modeling is finally utilized to consume the microstructure and service condition data to acquaint the microstructure evolution of TiAlN coatings throughout the cutting processes.This methodology effectively establishes a correlation between service temperature and its impact on the microstructure evolution of TiAlN coatings.It is expected that the present multi-scale numerical simulation approach will provide innovative strategies for assisting property design and lifespan prediction of TiAlN coatings. 展开更多
关键词 Multiscale PHASE-FIELD tialn coatings PVD CUTTING
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TiAlN/CrN多层膜的组织结构及耐蚀性机理 被引量:13
16
作者 王丽君 文广 +2 位作者 李明昆 王梦超 陈辉 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期268-274,共7页
目的研究TiAlN/CrN多层膜及TiAlN、CrN单一膜层的微观组织和电化学性能区别,分析不同结构薄膜材料的耐腐蚀性影响因素。基于电化学参数、组织结构和腐蚀形貌特征,为开发新型腐蚀性薄膜提供理论依据。方法采用多弧离子镀方法,在316不锈... 目的研究TiAlN/CrN多层膜及TiAlN、CrN单一膜层的微观组织和电化学性能区别,分析不同结构薄膜材料的耐腐蚀性影响因素。基于电化学参数、组织结构和腐蚀形貌特征,为开发新型腐蚀性薄膜提供理论依据。方法采用多弧离子镀方法,在316不锈钢基底上先沉积150 nm Cr薄膜作为过渡层,然后交替沉积CrN薄膜和TiAlN薄膜,制备单层厚度为10 nm的TiAlN/CrN多层膜。作为对比,制备单一TiAlN、CrN薄膜。通过SEM、XRD表征薄膜断面形貌、组织结构,并分析耐蚀机理,结合极化曲线和阻抗谱对三种涂层进行电化学性能分析,最后对涂层进行浸泡腐蚀试验。结果TiAlN/CrN纳米多层膜为面心立方结构,呈现共格外延生长,且呈(200)择优取向。纳米多层膜的动电位极化曲线测量结果与不锈钢基体和单层薄膜相比,其腐蚀电位正移为−0.36 V,腐蚀电流密度降低为0.501μA/cm^2,极化电阻为120 kΩ·cm^2。阻抗谱试验结果表明,相比较于单层膜和基体,TiAlN/CrN多层膜的CPE值最低,为29.83×10^−6Ω^−1·cm^−2·sn,n值为0.922,电阻为1.50×10^6Ω·cm^2。腐蚀形貌分析可得出,多层薄膜腐蚀后表面形貌与沉积态涂层形貌最为接近,认为其具有较高的耐腐蚀性。结论纳米层状结构改变了单一薄膜的原始生长模式,抑制了粗大柱状晶的生长,减小了薄膜的固有缺陷、晶粒尺寸,对薄膜的耐蚀性有正面积极的作用。 展开更多
关键词 tialn/CrN多层膜 tialn涂层 CRN涂层 多弧离子镀 耐腐蚀性 电化学性能
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TC11钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层防护性能的研究 被引量:18
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作者 汝强 胡社军 +4 位作者 陈俊芳 黄拿灿 赵灵智 邱秀丽 胡显奇 《金属热处理》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期33-36,共4页
利用电弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积TiA lN涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌、物相结构。采用X射线光电子能谱仪(XPS)对TiA lN涂层性能进行了分析,研究了基... 利用电弧离子镀技术在TC11钛合金基体上沉积TiA lN涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等方法对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌、物相结构。采用X射线光电子能谱仪(XPS)对TiA lN涂层性能进行了分析,研究了基体和镀膜的耐磨性。结果表明,TiA lN涂层显著改善了钛合金的粘着磨损性及高温抗氧化性,在空气中650℃静态氧化100 h后,TiA lN涂层依然保持良好的状态和抗磨损性能。 展开更多
关键词 tialn涂层 TC11钛合金 电弧离子镀 摩擦磨损
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电弧离子镀TiAlN涂层的热疲劳及抗氧化性能 被引量:20
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作者 潘晓龙 王少鹏 +4 位作者 李争显 黄春良 王宝云 严鹏 姬寿长 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第S1期60-63,共4页
采用独立的高纯钛、铝靶,在TC4钛合金基材表面以电弧离子镀工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了钛合金基体和涂层热疲劳及氧化前后的表面形貌,利用能谱仪(EDS)分析了氧化前后的表面成分变化。结果表明,TiAlN涂... 采用独立的高纯钛、铝靶,在TC4钛合金基材表面以电弧离子镀工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了钛合金基体和涂层热疲劳及氧化前后的表面形貌,利用能谱仪(EDS)分析了氧化前后的表面成分变化。结果表明,TiAlN涂层表现出很好的热疲劳抗力,显著改善了钛合金的高温抗氧化性。 展开更多
关键词 TC4钛合金 tialn涂层 电弧离子镀 热疲劳 抗氧化
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TiAlN涂层的热残余应力分析 被引量:15
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作者 黄自谦 贺跃辉 +2 位作者 蔡海涛 肖逸锋 黄伯云 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期897-902,共6页
采用有限元方法分析氮铝钛涂层的残余热应力,研究不同的基体及过渡层对残余热应力分布的影响。结果表明:当基体为硬质合金时,涂层内以拉应力为主,而基体为不锈钢时,涂层内以压应力为主;增加过渡层可以使涂层内的残余应力减少40%以上;硬... 采用有限元方法分析氮铝钛涂层的残余热应力,研究不同的基体及过渡层对残余热应力分布的影响。结果表明:当基体为硬质合金时,涂层内以拉应力为主,而基体为不锈钢时,涂层内以压应力为主;增加过渡层可以使涂层内的残余应力减少40%以上;硬质合金基体中涂层的拉应力随基体钴含量和涂层厚度的增加而减少;无过渡层时,不锈钢基体存在明显的塑性约束区,有过渡层时,随着界面应力的减少,塑性约束区明显减小或消失。因此,通过不同的涂层和基体搭配可以改善应力场,同时增加过渡层可以缓和界面应力和增强界面结合力。 展开更多
关键词 tialn涂层 有限元方法 残余应力 过渡层
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电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为 被引量:19
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作者 曾琨 邹长伟 +2 位作者 郑军 贵宾华 王启民 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期28-38,共11页
采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅上沉积TiAlN和TiAlSiN涂层,利用高温摩擦磨损试验机考察两种涂层在常温、400℃和600℃下的摩擦磨损行为。通过光学轮廓仪观察涂层磨损后三维形貌和二维磨痕轮廓曲线,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪... 采用电弧离子镀技术在高速钢和单晶硅上沉积TiAlN和TiAlSiN涂层,利用高温摩擦磨损试验机考察两种涂层在常温、400℃和600℃下的摩擦磨损行为。通过光学轮廓仪观察涂层磨损后三维形貌和二维磨痕轮廓曲线,利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析磨痕、摩擦副的微观形貌以及元素分布,研究Si元素的加入对TiAlN涂层高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:TiAlN、TiAlSiN涂层在600℃摩擦稳定后的摩擦因数最低,其次是在400℃,常温下的摩擦因数最高;TiAlN涂层在常温下摩擦完后已经磨穿失效,而TiAlSiN涂层在600℃摩擦完后才失效。粘着磨损和氧化磨损主要存在于TiAlN涂层摩擦过程中,TiAlSiN涂层常温下主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损以及塑性变形导致的鱼鳞状裂纹,400℃下为粘着磨损和氧化磨损,600℃下为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。 展开更多
关键词 电弧离子镀 tialn TiAlSiN 高温摩擦 磨损机理
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