TiAlN涂层刀具的抗高温特性研究.pdf

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1、工艺与检测Techn0IogyandTiAIN涂层刀具的抗高温特性研究刘爱华①邓建新①颜培①刘文清②(①山东大学机械工程学院，山东济南250061；②山东法因数控机械股份有限公司，山东济南250101)摘要：对生产中使用较多的多弧离子镀Ti0．45A10．55N涂层进行了高温特性研究。采用SEM、EDS、XRD等方法考察了高温后的涂层表面并分析了涂层的失效机理，最后考察了温度对硬度的影响。结果表明：TiAIN涂层的最高抗氧化温度可达800oC；氧化及涂层与基体的热涨适配是涂层失效的主要原因；并得知TiAIN

2、涂层刀具在高温下仍能保持高硬度。关键词：TiAIN涂层刀具高温特性氧化硬度中图分类号：TG711文献标识码：AElevatedTemperatureResistancesPropertiesResearchofTheTiAINCoatingToolsLIUAihua①DENGJianxin①YANPei①LIUWenqing②，，，(~DepartmentofMechanicalEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，CHN；@ShandongFinCNCMac

3、hineCo．，Ltd．，Jinan250101，CHN)Abstract：TheelevatedtemperaturepropertiesofTi0．45A10．55Ncoatingdepositedbymulti—arciondepositionwerestudied．SEM，EDSandXRDwereadoptedtoobservethesurfaceandanalyzedmechanismofthecoatingfailureaswellastheinfluenceoftemperatureonth

4、ehardness．TheresultsshowthatthehighestoxidationresistanttemperatureoftheTiA1Ncoatingcanreach800~C；Oxidizationandtheunmatchingofexpansioncoeficientsbetweencoatingandsubstratearethemainreasonsforcoatingfailure；Atthesametime，theconclusionisthatthecoatinghashi

5、ghhardnessunderelevatedtemperature．Keywords：TiA1N；CoatingTools；ElevatedTemperatureProperties；Oxidation；HardnessTiA1N薄膜是在TiN基础上发展起来的一种Ti系温实验。WC+Co硬质合金基体，多弧离子镀方法镀新型多元薄膜涂层材料。它具有高硬度、高的氧化温层，涂层成分为Ti0．45A10．55N。度、好的热硬性、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优将刀片材料放入电阻炉(型号为KSY12—16)于良特性

6、j，是硬质合金涂层刀具中应用最广泛的涂空气中分别加热到200℃，400℃，500qC，600℃，700层材料之一。℃，800℃，900℃，并保温1h，再通过SEM、EDS方法随着绿色设计和制造在机械加工行业内的推广，检测并分析试样高温后的微观形貌及抗高温的机理；在金属切削中一般使用高速的干式切削。因此刀具必最后对涂层材料进行x射线衍射分析，研究涂层刀具须能够承受高温环境，而TiA1N涂层刀具正好满足这的抗高温氧化温度及氧化产物。一要求。由于Al元素的存在，TiA1N涂层刀具在使用2实验结果与讨论过程中的高温

7、作用下，其表面可生成一层化学性能非常稳定的A1O薄膜，保护涂层不被继续氧化，这是2．1不同实验温度后的微观形貌TiA1N涂层刀具能够应用于高速干切削以及一些难加图1为TiA1N涂层在不同实验温度后的SEM形工材料的重要原因。因此，关于TiA1N涂层刀具的貌。从图中可以看出，涂层经过500c【=、600oC和700研究中，抗高温特性成为研究热点。qC的高温后，涂层的微观形貌变化不大。但是可以明显地看出随着温度的升高，涂层表面组织更加致密，到1实验方法700cc时几乎完全覆盖了基体上的磨痕。到800oC选用工业

8、生产中常用的TiA1N涂层刀片进行抗高国家高技术研究发展计划项日(2009AA044303)“th东省杰出青年基金”资助；泰LLI学者专项基金资助⋯u平筹，剐Techn0IogyandTesf工艺与检测时，涂层开始剥落，而003区域有白色晶体析出。表1图2为TiA1N涂层经过不同温度后的x射线衍射为图1d中001、002和003区域的EDS分析结果。从分析结果。由图中可以看出，在室温下，除了TiA1N的分析结果可