稀土TiN-TiAlN硬质合金刀片涂层的研究

作     者：王宝健 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈一胜

授予年度：2009年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：电弧离子镀 TiAlN涂层 TiN涂层 Al含量 稀土Ce 

摘      要：TiAlN涂层具有优良的耐高温磨损性能而且具有比TiN更高的硬度,作为耐磨涂层具有非常广阔的应用前景。本论文采用多弧离子镀技术在YT15硬质合金转位刀片上制备了TiN/TiAlN涂层,并对Al元素和稀土元素对TiAlN涂层性能的影响进行了探讨。研究结果表明: 沉积的Til-xAlxN涂层,除(Ti,Al)N相外,还含有一定量的(Ti2,Al)N相,不同Al含量的(Ti,Al)N都具有沿(111)面的择优取向。Ti1-xAlxN涂层的硬度、结合力和切削性能都随Al含量的增加先升高后降低,这是由于涂层中Al含量的变化引起涂层的晶体结构、择优取向的变化和晶格畸变等因素造成的。在本试验中,当x=0.625时,Ti1-xAlxN涂层的硬度最高,之后硬度下降很快;当x=0.5时,Ti1-xAlxN涂层的结合力最高。 添加稀土元素后,由于涂层择优取向和晶体结构的变化,TiN和TiAlN系涂层的硬度和结合力都有不同程度的提高。稀土TiN涂层硬度和结合力的提高对于沉积以TiN为打底层的TiN/TiAlN复合涂层有利,硬度的提高给表面层更有力的支撑,从而提高整体涂层的硬度和使用寿命,结合力的提高也可以延长刀片的使用寿命。涂层刀片的切削时间延长的同时,磨损程度减小。稀土元素的活性较强,加入后改善了涂层的内应力,降低了熔滴的表面张力。界面中稀土氮化物的形成也可能提高涂层结合力。SEM分析结果显示在涂层中加入Ce元素,可明显改善涂层的表面形貌,减少涂层孔隙和大液滴,提高涂层的致密性和平整度。