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《多弧离子镀ti-al-zr-cr-n系复合硬质膜的制备、微结构与性能》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、^‘～，东北大学博士学位论文摘要多弧离子镀Ti．AI。Zr-Cr-N系复合硬质膜的制备、微结构与性能摘要在高速钢和硬质合金刀具表面沉积T．N等硬质膜，可提高刀具的硬度和耐磨性，从而提高刀具的切削性能和使用寿命。但随着数控加工机床的逐渐普及，高速切削已成为机械加工的主流，TiN薄膜刀具难以满足使用性能的要求。而另一方面，薄膜合金化、多层化和梯度化等复合形式可以实现提高硬质薄膜的综合性能和使用寿命。因此，本文旨在通过合金元素的添加和薄膜构成形式的变化来探索T．N基复合薄膜综合性能的改善。采用多弧离子镀技术，使用两个Ti．
2、Al-Zr合金靶和一个纯Cr靶，在W18Cr4V高速钢和WC．8％Co硬质合金两种基体上成功地沉积了四种n．A1．Zr-Cr-N系复合硬质膜，即(Ti，Al，Zr,Cr)N多元膜、(Ti，Al，Zr)N／(Ti，A1，Zr,Cr)N和CrN／(Ti，A1，Zr,Cr)N多元双层膜以及TiAlZrCr／(Ti，A1，Zr,CON多元梯度膜。利用扫描电镜(SEM)、激光扫描共聚焦光学显微镜、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对四种复合膜的成分、形貌、粗糙度和微观结构进行了测量和表征；利用显微硬度计和划痕仪测评了四
3、种复合膜的硬度和膜／基结合力；利用摩擦磨损试验机研究了四种复合膜在常温(150C)和高温(5000C)条件下的耐磨损特性，并采用SEM观察了磨痕的表面形貌；同时对四种复合膜进行了6000C、7000C、8000C和9000C短时(4h)高温氧化实验及7000C和8000C长时(100h)高温循环氧化实验，并利用SEM、EDS和XRD观察和分析了试样表面的氧化膜。．研究结果表明，获得的四种Ti．AI．Zr-Cr-N系复合硬质膜均具有B1．NaCl型的TiN面心立方结构；四种复合膜的成分除．50V偏压外，其它偏压下的变化
4、均不明显；复合膜的表面都比较平整、致密，但仍然存在较多的大颗粒(微液滴)和微孔缺陷，．同时增大偏压可以减少其表面的液滴污染现象，表面粗糙度有所改善；复合膜与基体之间无明显的缺陷，薄膜具有从基体到表面垂直生长的柱状晶组织；在不同的偏压下，四种复合膜的厚度大约为1～1．59in，而且随着偏压的增大，其厚度有所减小。东北大学博士学位论文摘要高速钢和硬质合金基体上的(Ti，灿，Zr,cON多元膜的(M+Zr+Cr)／(Ti+灿+Zr+Crl原子比值分别为0．44^o．52和0．4l~0．43，当其分别趋于0．44和0．41时
5、，薄膜的显微硬度分别达到最大值3300HVo-ol和3600HVo．01，膜／基结合力也分别达到最大值190N和200N。(Ti，A1，Zr,C0N多元膜的摩擦磨损机理均为以塑性变形为主要特征的粘着磨损，并伴有轻微的磨粒磨损。在常温和高温条件下磨损时，平均摩擦系数在0．3~o．5之间。薄膜的摩擦系数曲线和磨损表面形貌分析表明，随着沉积偏压的增加，其耐磨性有所提高，而且硬质合金基体略优于高速钢基体上薄膜的耐磨性。另外，在短时氧化条件下，高速钢和硬质合金基体上的(Ti，触，Zr,CON膜分别在800。(2和7000C时具
6、有良好的抗高温氧化性能，在XRD谱中观察到了金红石结构的Ti02；在长时氧化条件下，高速钢和硬质合金基体上(Ti，砧，Zr,CON膜的抗高温循环氧化温度分别为7000C和6000C。(Ti，A1，z0N／(Ti，AI，Zr,Cr)N多元双层膜具有比(Ti，Al，Zr，c0N单层膜更高的硬度和更强的膜／基结合力。当高速钢和硬质合金基体上(Ti，Al，Zr)N／(Ti，A1，Zr,Cr)N膜的(Al+Zr}Cr)／(Ti+越+Zr屺r)原子比值分别达N0．44和0．40时，薄膜的显微硬度分别达到最大值3450HVo．ol
7、和4000HVo．ol，膜／基结合力也分别达到最大值190N和>200N。同时，(RAI，z0n／oa，Al，Zr,Cr)N双层膜具有比(Ti，Al，Zr,C0N单层膜更优的耐磨损性能，其在常温和高温下磨损时的平均摩擦系数在0．3~o．35之间。而且，氧化增重、氧化膜的表面形貌及其相结构的分析表明，(Ti，Al，Zr)N／(Ti，A1，Zr，Cr)N双层膜具有l七(Ti，A1，Zr,CON单层膜更为良好的抗高温氧化性能。CrN／(Ti，Al，Zr,c0N多元双层膜具有LI',(Ti，A1，Zr,CON单层膜更高、但略
8、低于(Ti，A1，Zr)N／(Ti，AI，Zr,C0N双层膜的硬度，同时具有Et(Ti，AI，Zr，Cr)N单层膜和(Ti，AI，Zr)N／(Ti，A1，Zr,C0N双层膜都强的膜／基结合力。当高速钢和硬质合金基体上CrN／(Ti，Al，Zr,CON膜的(Al+Z∽r)／(Ti+Al+Zmr)原子比值分别趋于O．45和0．40时，薄膜的显微硬度
