电弧离子镀制备AlCrSiN涂层及其性能研究

《电弧离子镀制备AlCrSiN涂层及其性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、工程硕士学位论文电弧离子镀制备AlCrSiN涂层及其性能研究作者姓名唐明工程领域材料工程校内指导教师邱万奇教授校外指导教师代明江教授级高工所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月InvestigationofthepropertiesofAlCrSiNcoatingsdepositedbyarcionplatingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：TangMingSupervisor：Prof.QiuWanqiProf.DaiMingjiangSouthChinaUni

2、versityofTechnologyGuangzhou，China分类号：TB174.442学校代号：10561学号：201521016376华南理工大学硕士学位论文电弧离子镀制备AlCrSiN涂层及其性能研究作者姓名：唐明指导教师姓名、职称：邱万奇教授，代明江教授级高工申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程研究方向：材料表面工程技术论文形式：产品研发工程设计√应用研究工程/项目管理调研报告论文提交日期：2018年04月11日论文答辩日期：2018年06月04日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：杜军委员：刘敏

3、肖方明曾美琴韦春贝摘要高速切削是一种高效、绿色环保的先进切削技术，是目前机械加工的发展方向，对适用于高速切削的刀具提出了苛刻要求。AlCrSiN涂层具有高硬度、良好的耐磨性、优异的热稳定性与抗氧化性能，是用于提高刀具切削性能，满足高速切削的理想涂层材料。电弧离子镀是工业上制备氮化物硬质涂层主要技术之一，高离化率、高粒子能量等特点使得电弧离子镀涂层具有良好的致密性和结合强度，在高效制备优质刀具涂层方面体现出明显的优势。本文采用电弧离子镀技术在硬质合金、硅片上沉积AlCrSiN涂层，研究了电弧离子镀工艺参数（弧电流、偏压与电磁线圈电压）对涂层表面形貌、成

4、分、沉积速率、物相结构及力学性能的影响。在最佳工艺的基础上，重点研究了AlCrSiN涂层的热稳定性与高温抗氧化性能。利用SEM分析涂层的表面、截面形貌，XRD表征涂层的物相组成，显微维氏硬度计、划痕仪评估涂层的力学性能，球-盘式旋转摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能，EDS与EPMA分析涂层的成分。论文的主要研究结论如下：(1)电弧离子镀AlCrSiN涂层表面有许多液滴，截面无明显的柱状结构。涂层主要物相是fcc-(Cr,Al)N，具有B1-NaCl晶体结构，Si固溶于AlCrN晶格或形成非晶化合物。电弧离子镀AlCrSiN涂层存在成分离析现象，即

5、相对于靶材成分，涂层中Al含量降低，Cr含量升高。(2)正交极差分析得出以下结果：偏压与弧电流对AlCrSiN涂层的硬度、结合力的影响较大。N2气压在0.5～2.0Pa范围内对力学性能影响相对较小，N2气压为2.0Pa时涂层的力学性能较好。硬度与结合力随弧电流先增大后减小，弧电流为100A时均达到最大值，分别为3189.3HV和80N。(3)适当提高偏压可细化涂层的晶粒，提高涂层的表面质量及致密性，从而提高涂层的力学性能。偏压为150V时AlCrSiN涂层具有最高的硬度(3430HV)和结合力(76N)及优异的耐磨损性能(4.7×10-7mm3N-1

6、m-1)。(4)增大电磁线圈电压可降低AlCrSiN涂层表面的液滴数目与尺寸，提高靶材中Al的离化率，涂层中Al/Cr比升高，从而提高涂层的力学性能。电压为25V时，涂层硬度最高(3087.9HV)，磨损率为5.65×10-7mm3N-1m-1。I(5)在热处理温度700～900℃之间，AlCrSiN涂层保持良好的热稳定性，fcc-(Cr,Al)N相保持稳定，涂层的显微硬度均可稳定在2600～2700HV范围内，结合力由89.8N降至67.6～47.5N。当热处理温度为1000℃时，AlCrSiN涂层中(Cr,Al)N相分解生成hcp-AlN与c-C

7、rN相，导致涂层硬度降至2397HV。(6)AlCrSiN涂层的起始氧化温度在800~900℃之间。900℃时涂层开始被氧化生成(Cr,Al)2O3。1000℃时涂层失效，基体中的W元素扩散至涂层表面与Cr被氧化形成大量Cr2WO6颗粒。AlCrSiN涂层氧化过程中，表面液滴作为扩散通道降低了涂层的抗氧化性。随着温度的提高，Cr与Al元素向外扩散，与向内扩散的O结合形成致密的氧化层，阻碍O的扩散；同时Si促使形成致密结构以及SiO2与Al2O3、Cr2O3协同作用形成氧化层，多种作用保证了AlCrSiN涂层优异的抗氧化性能。关键词：电弧离子镀；AlC

8、rSiN涂层；力学性能；热稳定性；抗氧化性能IIAbstractHigh-speedcuttingisane