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热加工工艺 2022年第24期51卷 68-71页

作者：刘展硕张罡柳泉杜晓明沈阳理工大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110159

Y的沿晶界阻氧和细晶等作用使CrAlYN膜层在刀具、模具及高温部件等工程领域具有广泛应用。利用磁控溅射技术在高速钢(W18Cr4V)基材上制备CrAlYN膜层,并进行700、800、900、1000℃高温氧化实验。采用XRD、SEM/EDS、纳米力学系统(G200)等... 详细信息

Y的沿晶界阻氧和细晶等作用使CrAlYN膜层在刀具、模具及高温部件等工程领域具有广泛应用。利用磁控溅射技术在高速钢(W18Cr4V)基材上制备CrAlYN膜层,并进行700、800、900、1000℃高温氧化实验。采用XRD、SEM/EDS、纳米力学系统(G200)等对膜层形貌、物相结构、化学成分、纳米硬度、弹性模量和比磨损率等随温度演变的规律进行研究。结果表明,沉积态膜层与高速钢基材相比,具有显著提高的纳米硬度、模量和明显降低的比磨损率。从700~1000℃时,膜层的硬度和模量分别从21.5、298.3 GPa降低到6.47、172.0 GPa;比磨损率总体呈上升趋势,其中800℃的比磨损率比700℃时的高11.1倍,1000℃的比磨损率比900℃时的高1.25倍,比磨损率的提高是膜层表面氧化物增长及热稳定性能降低综合作用的结果。

关键词：磁控溅射 CrAlYN膜层纳米磨损率高温氧化性能

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磁控溅射CrAlSiN膜层制备及综合性能研究

磁控溅射CrAlSiN膜层制备及综合性能研究

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作者：何月漫沈阳理工大学

学位级别：硕士

CrAlSiN纳米复合薄膜作为最新一代过渡金属氮化物硬质膜层,具备高硬度、抗氧化、热稳定和耐磨损等优异性能,能够有效改善材料表面性能,在刀具、模具及航空航天等领域有着广泛应用。本文采用磁控溅射方法,优化设计课题组前期工艺参数,在... 详细信息

CrAlSiN纳米复合薄膜作为最新一代过渡金属氮化物硬质膜层,具备高硬度、抗氧化、热稳定和耐磨损等优异性能,能够有效改善材料表面性能,在刀具、模具及航空航天等领域有着广泛应用。本文采用磁控溅射方法,优化设计课题组前期工艺参数,在高速钢、硬质合金和钛铝合金基体表面沉积CrAlSiN纳米复合薄膜,Si的含量为:8.35 at.%。在此基础上,依据刀具高速切削、干摩擦以及航空航天难加工材料的高温环境等工况,分别进行大气和真空热处理,研究薄膜高温下的抗氧化性能和热稳定性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、激光共聚焦显微镜等检测手段对沉积态、大气热处理(700℃、800℃、900℃、1000℃)以及真空热处理(700℃、800℃、900℃、1000℃)后薄膜的表面形貌、元素组成及含量、相结构、纳米硬度和弹性模量及纳米磨损率等进行表征及分析。CrAlSiN薄膜表面平整致密、无裂纹等缺陷,主相为fcc-Cr N。大气氧化和真空热处理后,薄膜的硬度和弹性模量随温度的升高而降低,纳米磨损率随温度的升高而增大。高速钢基体CrAlSiN薄膜的硬度和弹性模量值为24.87 GPa/300.51 GPa,纳米磨损率为0.024 nm/m N。大气热处理后,700℃时,薄膜表面出现微裂纹,存在CrO和AlO氧化物,膜层为面心立方结构;800℃时,膜层表面氧化加重,氧化物的衍射峰强度随退火温度的升高而增强;900℃时,微裂纹增长,氧化物数量增多;1000℃时,氧化物颗粒增大,膜层仍是面心立方结构,薄膜仍具有一定抗氧化性。钛铝合金基体CrAlSiN薄膜的硬度和弹性模量值为26.08 GPa/311.85 GPa,纳米磨损率为0.014 nm/m N。大气热处理后,700℃时,薄膜表面出现微裂纹,存在CrO和AlO氧化物;800℃时,氧化物增加,氧化物衍射峰强度随退火温度的升高而增强;900℃时,出现基体氧化物衍射峰,基体发生氧化,晶粒变得粗大;1000℃时,膜层中只存在AlO和Ti O衍射峰,膜层结构发生改变,薄膜氧化严重,抗氧化性能降低。硬质合金基体CrAlSiN薄膜的硬度和弹性模量值为23.72 GPa/291.64 GPa,纳米磨损率为0.034 nm/m N。真空热处理后,700℃时,薄膜为面心立方结构,无裂纹产生;800℃时,薄膜表面产生裂纹,出现CrN相,薄膜结构发生转变;900℃时,薄膜表面存在大量的网状裂纹,基体元素扩散至膜层表面,热稳定性降低;1000℃时,薄膜表面出现大量白色颗粒,基体元素含量增大,热稳定性持续降低。

关键词： CrAlSiN薄膜抗氧化性热稳定性纳米磨损率

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