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摩擦学学报 2012年第6期32卷 544-549页

作者：胡明张立平高晓明伏彦龙杨军翁立军中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄... 详细信息

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明:纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.

关键词：磁控溅射 Cr Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度摩擦学性能

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等离子体辅助激光织构化TiAlN涂层刀具膜-基界面强化机理研究

等离子体辅助激光织构化TiAlN涂层刀具膜-基界面强化机理研究

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作者：孟祥峰苏州大学

学位级别：硕士

具有优异摩擦学特性的物理气相沉积（PVD）TiAlN涂层材料是目前应用于难加工材料高速精密加工中最广泛的刀具涂层之一。然而由于膜-基间不同键合类型、热膨胀系数、润湿性能等,TiAlN涂层刀具仍存在膜-基结合强度不足的问题。本文将等离... 详细信息

具有优异摩擦学特性的物理气相沉积（PVD）TiAlN涂层材料是目前应用于难加工材料高速精密加工中最广泛的刀具涂层之一。然而由于膜-基间不同键合类型、热膨胀系数、润湿性能等,TiAlN涂层刀具仍存在膜-基结合强度不足的问题。本文将等离子体辅助激光织构化与PVD涂层技术相结合,提出了基体表面等离子体辅助激光织构化TiAlN涂层刀具的新概念,深入探究影响涂层与基体膜-基结合强度的因素与膜-基界面强化机理。主要实验方法包括:控制变量法、对比法和归纳法;主要研究内容与结论如下:（1）本文从改善膜-基物理结合和化学键合界面出发,提出了等离子体辅助激光织构化基体预处理增强涂层刀具膜-基结合强度的新思路。利用纳秒脉冲激光器在YG6基体表面加工微织构,对比分析各激光加工参数对织构形貌与微观质量的作用规律,进而得到最佳的、且利于涂层涂覆的激光加工参数。紫外纳秒激光织构化工艺参数为:泵浦电流1A,扫描速度50 mm/s,重复频率30 KHz,脉冲宽度5 ns,得到的微织构尺寸为:沟槽深度6 μm,沟槽宽度35μm。为研究基体表面织构间距对涂层结合强度的影响,制备50 μm、100μm、150μm和200 μm四种不同沟槽间距的微织构表面进行对比分析研究。在基体表面微织构制备完成后,使用感应耦合等离子体蚀刻系统对织构化基体表面进行刻蚀,刻蚀参数为:上部RF源功率500 W,下部RF源功率150 W,气压3 Pa,刻蚀温度40℃,刻蚀时间20 min,气流通量20 sccm,蚀刻气体SF6。经刻蚀后的基体表面微织构质量得到明显改善。（2）为分析各预处理对基体表面物理与化学性能的影响,在基体表面做如下四种不同的处理:1.基体表面激光织构化;2.基体表面等离子体刻蚀;3.基体表面等离子体刻蚀辅助激光织构化;4.基体表面仅研磨抛光。系统分析了基体表面残余应力、晶体结构、比表面积、表面能等材料特性和表面状态。结果表明,基体表面等离子体辅助激光织构化预处理可使基体为涂层提供更优的机械锚固作用、增加了涂层与基体的化学匹配性、增加基体表面比表面积和表面能。（3）对上述四种不同预处理硬质合金基体表面沉积TiAlN涂层,涂层后分别命名为:常规涂层刀具（CCT）,激光织构化涂层刀具（LCT）,等离子体刻蚀涂层刀具（CECT）,等离子体辅助激光织构化涂层刀具（LECT）,并进行纳米划痕试验和干切削316L奥氏体不锈钢试验。研究发现,与CCT试样（临界载荷:80.52N）相比,LECT试样（临界载荷:112.64N）的膜-基结合强度得到了显著提升。在切削试验中,与CCT刀具相比,在200 m/min的切削速度下,LECT-100（织构槽间距为100μm）刀具的切削力Fx,FY和Fz降幅最明显,分别降低了 34.82%,36.15%和11.36%,且涂层脱落区域明显减少,前后刀面磨损程度明显降低。根据膜-基界面学理论和涂层附着机理,揭示了考虑物理结合和化学键合的基体表面等离子体辅助激光织构化TiAlN涂层刀具膜-基界面强化机理。

关键词：膜-基结合强度 TiAlN涂层等离子体辅助激光织构化物理/化学结合切削性能

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甲烷浓度对硬质合金微型立铣刀表面生长金刚石涂层的影响

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集成技术 2017年第4期6卷 10-19页

作者：张松全王陶唐永炳中国科学院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心深圳518055

金刚石涂层的应用可显著提升刀具使用寿命。文章采用钽丝为热丝,氢气、甲烷为反应气体,通过热丝气相沉积法在不同甲烷浓度下对硬质合金立铣刀表面进行沉积金刚石涂层。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱对不同甲烷浓度下金刚石涂层的表面形... 详细信息

金刚石涂层的应用可显著提升刀具使用寿命。文章采用钽丝为热丝,氢气、甲烷为反应气体,通过热丝气相沉积法在不同甲烷浓度下对硬质合金立铣刀表面进行沉积金刚石涂层。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱对不同甲烷浓度下金刚石涂层的表面形貌、涂层质量进行分析。结果显示,随着甲烷浓度增加,涂层中二次形核率增加、金刚石晶粒尺寸变小,金刚石晶粒能够完好地嵌入到硬质合金表面形成机械锁扣结构,提高膜-基结合强度,但过高的甲烷浓度使得活性氢原子对石墨的刻蚀强度减弱,使得涂层中金刚石晶粒晶界处非金刚石碳相含量逐渐增加,涂层质量下降。当甲烷浓度为3%时,硬质合金立铣刀表面金刚石涂层结晶度高、晶粒间接触紧密、涂层中非金刚石碳相含量低、膜-基结合强度高,端刃处未出现涂层剥落现象。文章工作有助于理解热丝气相沉积法中碳源浓度对表面金刚石涂层沉积效果及涂层失效的影响,使硬质合金立铣刀表面金刚石涂层沉积工艺得到进一步优化。

关键词：热丝气相沉积金刚石涂层硬质合金微型立铣刀膜-基结合强度

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