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不同后处理对alcrn涂层结构和性能的影响

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中国表面工程 2021年第3期34卷 168-177页

作者：张家敏蔡飞王文健张世宏安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室马鞍山243000 安徽工业大学现代表界面工程研究中心马鞍山243000 安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243000 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司常州213011

电弧离子镀制备的alcrn涂层表面存在大量的"大颗粒",导致其具有较高的表面粗糙度,进而降低了涂层的摩擦磨损和切削性能。采用不同后处理方法(如离子刻蚀、湿喷砂、干喷砂和微粒子喷丸)对电弧镀alcrn涂层表面进行处理,利用XRD、SEM、OM... 详细信息

电弧离子镀制备的alcrn涂层表面存在大量的"大颗粒",导致其具有较高的表面粗糙度,进而降低了涂层的摩擦磨损和切削性能。采用不同后处理方法(如离子刻蚀、湿喷砂、干喷砂和微粒子喷丸)对电弧镀alcrn涂层表面进行处理,利用XRD、SEM、OM、摩擦磨损以及切削试验分析不同后处理方式对涂层组织结构、表面形貌、表面粗糙度、摩擦磨损以及切削性能的影响。结果显示:不同后处理方法均可有效清除alcrn涂层表面颗粒,其中湿喷砂、微粒子喷丸和干喷砂对涂层表面颗粒数目去除效果较好,"大颗粒"分别降低了91.1%、88.5%和86.9%,离子刻蚀后处理次之,颗粒数目降低了21.0%。经处理的alcrn涂层的XRD图谱与未处理的涂层相比没有明显变化,均为固溶(Al,Cr)N相,但其衍射峰均向低角度偏移。经过后处理涂层的摩擦因数相比于未处理的涂层均有不同程度降低,涂层磨损方式为磨粒磨损并伴有少量的氧化磨损。alcrn涂层刀具经过后处理工艺处理后,切削寿命均有不同程度提高,与未处理涂层刀具相比较经微粒子喷丸、干喷砂、离子刻、湿喷砂后处理的涂层刀具切削寿命分别提高了30%、40%、40%和60%。

关键词： alcrn涂层表面形貌后处理切削性能

阴极弧离子镀alcrn涂层高温氧化后XPS分析

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材料热处理学报 2015年第1期36卷 138-142页

作者：付贵忠孔德军王文昌张垒常州大学机械工程学院江苏常州213016 江苏省材料表面科学与技术重点实验室常州大学江苏常州213164 常州大学石油化工学院江苏常州213164

采用阴极弧离子镀方法在Ti C基金属陶瓷刀具表面沉积了Al Cr N涂层,进行了900℃下2 h高温氧化试验。通过SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析了Al Cr N涂层高温氧化前后表面形貌、元素组成、物相组成及元素结合能,并讨论了Al Cr N涂层高温氧... 详细信息

采用阴极弧离子镀方法在Ti C基金属陶瓷刀具表面沉积了Al Cr N涂层,进行了900℃下2 h高温氧化试验。通过SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析了Al Cr N涂层高温氧化前后表面形貌、元素组成、物相组成及元素结合能,并讨论了Al Cr N涂层高温氧化及失效机理。结果表明,氧化前Al Cr N涂层由Al N、Cr N和Cr2N物相组成,其中Cr N表现出(200)的择优取向,氧化后其物相转变为抗高温的Al2O3、Cr3O4和Ti4O3氧化物;氧化前Al Cr N涂层中Al和N以Al—N键、Cr和N以Cr—N键存在,氧化后Al与O以Al—O键、Cr与O以Cr—O键方式存在,在涂层-基体结合界面处形成了致密的扩散层。

关键词：阴极弧离子镀 alcrn涂层高温氧化物相组成光电子能谱分析

阴极离子镀alcrn涂层化学元素面扫描与线扫描分析

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真空科学与技术学报 2014年第3期34卷 235-240页

作者：孔德军付贵忠王文昌张垒常州大学机械工程学院常州213016 江苏省大型重载齿轮传动工程技术研究中心常州213012 常州大学石油化工学院常州213164

用阴极离子镀方法在TiC基金属陶瓷刀具表面制备了alcrn涂层,通过扫描电镜、X射线衍射和能谱分析面扫描与线扫描等手段对alcrn涂层组织结构和表面-界面化学元素分布进行了分析,并对其界面扩散结合机理进行了探讨。结果表明,TiC基金属陶... 详细信息

用阴极离子镀方法在TiC基金属陶瓷刀具表面制备了alcrn涂层,通过扫描电镜、X射线衍射和能谱分析面扫描与线扫描等手段对alcrn涂层组织结构和表面-界面化学元素分布进行了分析,并对其界面扩散结合机理进行了探讨。结果表明,TiC基金属陶瓷刀具由TiN、TiC和Ni组成,TiC和TiN为硬质相;alcrn涂层表面均匀致密,由AlN和CrN组成,表面Al原子含量较高,形成了功能硬度梯度,耐磨性和抗氧化性能较好;涂层中化学元素分布均匀,在Ti、C、N、Al元素之间化学元素发生了扩散现象,与基体形成了冶金结合方式。

关键词：阴极离子镀 alcrn涂层结合界面面扫描线扫描

脉冲电源占空比对电弧离子镀alcrn涂层结构和性能的影响

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表面技术 2020年第9期49卷 258-265页

作者：赵鑫刘琰杨豆李敬雨杨兵武汉大学动力与机械学院武汉430072 武汉大学苏州研究院江苏苏州215123

目的研究阴极电弧离子镀脉冲电源占空比对alcrn涂层结构和性能的影响,优化工艺参数,以提高涂层的性能。方法采用脉冲电弧离子镀制备不同占空比alcrn涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和Ch... 详细信息

目的研究阴极电弧离子镀脉冲电源占空比对alcrn涂层结构和性能的影响,优化工艺参数,以提高涂层的性能。方法采用脉冲电弧离子镀制备不同占空比alcrn涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪和Chi650e电化学工作站,表征涂层的结构、力学性能和耐蚀性能。结果随着占空比的增加,涂层表面颗粒面积分数和粗糙度先逐渐增加,当占空比大于20%后,颗粒面积分数趋于平稳,同时涂层的厚度从4.06μm逐渐增加到7.56μm。当占空比低于20%时,涂层中存在较多的孔隙;当占空比大于20%后,涂层中的孔隙较少,涂层结构较为致密。XRD结果表明,alcrn涂层为立方结构,晶粒尺寸在14.9~18 nm之间。涂层硬度和结合力均随占空比先增加后减小,占空比为25%时,硬度可达35.19 GPa,结合力为81.7 N。占空比为25%时,涂层的自腐蚀电位较高,自腐蚀电流密度最小,表明该涂层的耐蚀性较强。结论适当地提高脉冲电源占空比可降低涂层中孔隙的含量,提高涂层的硬度和膜基结合力,同时提高涂层的抗腐蚀性。

关键词：脉冲电弧离子镀 alcrn涂层占空比纳米硬度结合力耐蚀性

阴极弧离子镀alcrn涂层原子力显微镜分析

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真空科学与技术学报 2014年第5期34卷 477-482页

作者：付贵忠孔德军张垒叶存冬常州大学机械工程学院常州213016 江苏省大型重载齿轮传动工程技术研究中心常州213012

利用阴极离子镀法在TiC基金属陶瓷刀具上制备了alcrn涂层,通过扫描电镜观察了表面形貌,并用原子力显微镜分析了三维表面微观形貌,获得表面粗糙度相关评定参数,同时对高度、层次、粒度、功率谱密度等进行了分析。结果表明,表面粗糙度均... 详细信息

利用阴极离子镀法在TiC基金属陶瓷刀具上制备了alcrn涂层,通过扫描电镜观察了表面形貌,并用原子力显微镜分析了三维表面微观形貌,获得表面粗糙度相关评定参数,同时对高度、层次、粒度、功率谱密度等进行了分析。结果表明,表面粗糙度均方根偏差TiC基体为85.8 nm,alcrn涂层为175 nm,alcrn涂层与TiC基体表面相对平整,阴极离子镀对表面粗糙度影响较小;alcrn涂层表面高度值相对分散,支承系数大;alcrn涂层平均颗粒直径1432 nm,而TiC基体为1460 nm,根据Hall-Petch关系,alcrn涂层的显微硬度远远高于TiC基体的显微硬度;alcrn涂层和TiC基体功率谱分布无规律,材料表面均表现为各向异性。

关键词： TiC基金属陶瓷刀具 alcrn涂层原子力显微镜三维表面微观形貌功率谱密度

钛合金基体上alcrn涂层的冲蚀磨损行为研究

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表面技术 2019年第2期48卷 152-158页

作者：李巾杰吴凤芳吴冰山东大学机械工程国家级实验教学示范中心高效洁净机械制造教育部重点实验室济南250061

目的研究钛合金基体表面的Al CrN涂层在固体粒子冲蚀条件下的磨损性能和材料去除机制。方法采用阴极电弧离子镀物理气相沉积技术在钛合金基体表面制备alcrn硬质涂层。利用扫描电镜(SEM)分析冲蚀试验前后试样表面的微观形貌;利用能谱分析... 详细信息

目的研究钛合金基体表面的Al CrN涂层在固体粒子冲蚀条件下的磨损性能和材料去除机制。方法采用阴极电弧离子镀物理气相沉积技术在钛合金基体表面制备alcrn硬质涂层。利用扫描电镜(SEM)分析冲蚀试验前后试样表面的微观形貌;利用能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的化学成分和物相组成;利用白光干涉轮廓仪检测试样表面粗糙度和冲蚀试验后试样表面的冲蚀坑深度;利用纳米压痕仪和多功能材料表面性能测试仪测量试样的显微硬度、弹性模量和涂层与基体的结合力;利用冲蚀试验机考察高角度冲蚀条件下试样的抗冲蚀磨损性能。结果抛光后的钛合金表面光滑,没有明显缺陷,硬度为4.29 GPa,弹性模量为141.02 Gpa。Al Cr N涂层厚度约为10.5μm,表面有大量尺寸不一的球形颗粒和圆形凹坑等生长缺陷,硬度为23.27GPa,弹性模量为264.95GPa,XRD图谱表明alcrn涂层中主要存在AlN相和Cr N相。在冲蚀角度90°、粒子冲击速度85 m/s和冲蚀粒子供给速率(2±0.5) g/min的条件下,Al CrN涂层的冲蚀坑深度仅为钛合金基体的1/10。通过冲蚀表面微观形貌观察与分析发现,钛合金基体表面的冲蚀磨损特征主要有冲击凹坑、挤压唇和微切削痕,Al Cr N涂层表面的冲蚀磨损特征主要有微切削痕、大颗粒塑性变形和剥落坑。结论钛合金的冲蚀磨损行为为典型的塑性材料冲蚀磨损机制。alcrn涂层在冲蚀早期为塑性材料冲蚀磨损机制,随着冲蚀的进行,既有塑性材料冲蚀磨损机制,又有脆性材料冲蚀磨损机制。

关键词：钛合金 alcrn涂层物理气相沉积阴极电弧离子镀生长缺陷冲蚀磨损行为

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alcrn涂层高速钢刀具的应用研究

工具技术 2017年第10期51卷 109-112页

作者：梁红樱陈伦但秦穆建生成都真锐科技涂层技术有限公司成都成量工具集团有限公司上海华瑞超硬镀膜有限公司

采用可变磁场CAE弧源PVD技术,利用Al_(70)Cr_(30)材料在HSS基体上制备了alcrn薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及多功能材料表面试验仪,研究了alcrn薄膜的物相结构、断口和表面形貌特征。通过相关工艺参数的调整,实现了alcrn薄... 详细信息

采用可变磁场CAE弧源PVD技术,利用Al_(70)Cr_(30)材料在HSS基体上制备了alcrn薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及多功能材料表面试验仪,研究了alcrn薄膜的物相结构、断口和表面形貌特征。通过相关工艺参数的调整,实现了alcrn薄膜物相结构的调控,所获得的薄膜硬度达到3700-4000HK,并具有良好的膜基结合力。alcrn涂层立铣刀、齿轮滚刀试验表明:alcrn涂层高速钢刀具适合于干式、湿式的切削条件,具有(111)面的择优取向的alcrn涂层高速钢刀具具有更好的耐磨性及稳定性。

关键词：可变磁场CAE alcrn涂层物相结构

阴极弧离子镀制备alcrn涂层的高温摩擦磨损行为

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真空科学与技术学报 2014年第7期34卷 700-706页

作者：孔德军付贵忠王文昌郭皓元张垒叶存冬常州大学机械工程学院常州213016 常州大学石油化工学院常州213164

采用阴极离子镀在TiC金属陶瓷刀具表面制备了alcrn涂层,采用球/平面接触方式考察了900℃高温时不同载荷作下涂层的摩擦磨损行为。通过扫描电镜观察了磨痕轮廓和微观形貌,并用能量散射谱和X射线衍射分析了磨损后涂层表面化学元素和物相... 详细信息

采用阴极离子镀在TiC金属陶瓷刀具表面制备了alcrn涂层,采用球/平面接触方式考察了900℃高温时不同载荷作下涂层的摩擦磨损行为。通过扫描电镜观察了磨痕轮廓和微观形貌,并用能量散射谱和X射线衍射分析了磨损后涂层表面化学元素和物相的变化,讨论了载荷对涂层摩擦因数和磨损性的影响。结果表明,经900℃高温氧化后,涂层中N元素全部释放,形成Al和Cr的氧化物,改善了润滑性能和磨损性能;在载荷600,800和1000 g作用下,涂层摩擦因数平均值分别为0.1455,0.3939,0.4188,在载荷600 g时表现出优良的摩擦特性,适用于精密切削加工;在高温下alcrn涂层表现为氧化磨损,同时伴随着少量的磨粒磨损和黏着磨损。

关键词：阴极离子镀 alcrn涂层高温摩擦摩擦因数磨损性能抗氧化性

alcrn涂层表面微/纳织构的制备及其摩擦磨损特性研究

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AlCrN涂层表面微/纳织构的制备及其摩擦磨损特性研究

作者：高鹏山东大学

学位级别：硕士

本文将硬质涂层技术和表面微/纳织构技术两种效应有机结合,提出了微/纳织构化alcrn涂层表面的设计思路,在研究分析了alcrn涂层表面微/纳织构制备技术的基础上,采用激光技术在alcrn涂层表面制备了微米级和纳米级沟槽型织构,系统研究了微... 详细信息

本文将硬质涂层技术和表面微/纳织构技术两种效应有机结合,提出了微/纳织构化alcrn涂层表面的设计思路,在研究分析了alcrn涂层表面微/纳织构制备技术的基础上,采用激光技术在alcrn涂层表面制备了微米级和纳米级沟槽型织构,系统研究了微/纳织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损特性,阐明了微/纳织构对alcrn涂层表面摩擦磨损性能的影响,并揭示了其磨损机理。首先,采用脉冲光纤激光器在alcrn涂层表面制备了微米级沟槽型织构,分别研究了脉冲功率、扫描速度和扫描次数对微织构深度和宽度的影响,并结合alcrn涂层的表面特性,优化得到最佳的工艺参数：脉冲功率为12W,扫描速度为200mm/s,扫描一次,并在alcrn涂层表面制备了深度为3μm,宽度为36μm,不同间距、不同角度的沟槽型微织构。在分析了飞秒激光加工原理的基础上,采用钛宝石飞秒激光器在alcrn涂层表面制备了周期性的纳米级沟槽型织构,分别研究了单脉冲能量、扫描速度、扫描间距和扫描次数对纳织构形貌的影响,优化得到最佳的工艺参数：飞秒激光的单脉冲能量为3.5μJ,扫描速度为1000μm/s,扫描间距5μm,扫描次数为1次,并在alcrn涂层表面制备了深度是200nm,宽度是600nm,面积占有率为100%,50%和25%的三种纳米级沟槽型织构表面。通过往复式摩擦磨损试验对不同角度、不同间距、不同表面粗糙度的微织构化alcrn涂层表面的摩擦磨损特性进行了研究分析,系统分析了沟槽型微织构对alcrn涂层的摩擦磨损性能的影响。研究表明：微织构能够提高alcrn涂层表面的摩擦磨损性能,低载荷、高滑动速度和添加润滑剂的条件下,微织构能够更有效的提高alcrn涂层表面的摩擦磨损性能;微织构的形貌对表面摩擦磨损性能有很大的影响,与滑动方向平行的织构角度是最佳的减磨角度,400μm是最佳的微织构间距;降低微织构表面的粗糙度可以有效的提高alcrn涂层表面的抗磨损能力,未抛光和抛光后微织构表面的摩擦系数相差不多,但是降低微织构表面粗糙度能够减小alcrn涂层表面磨痕尺寸和减小摩擦球的磨损体积。最后,研究了纳米级沟槽型织构对alcrn涂层表面摩擦磨损特性的影响,试验中对比研究了光滑表面和三种纳织构表面在干摩擦和添加润滑脂条件下的摩擦磨损特性。研究表明：干摩擦条件下,粘着磨损和氧化磨损是alcrn涂层表面最主要的磨损形式;与光滑表面相比,三种纳织构表面并不能降低alcrn涂层表面的摩擦系数,相反会增大表面摩擦系数,随着纳织构面积占有率的增加,摩擦系数逐渐增加;三种纳织构表面通过将磨屑存储在沟槽中,改善了未加工区域的磨损情况。添加润滑脂条件下,与光滑表面相比,三种纳织构表面能够有效的降低alcrn涂层表面的摩擦系数,随着纳织构面积占有率的增加,摩擦系数逐渐降低,低摩擦系数持续时间逐渐增长;纳织构能够成为润滑脂的存储器,持续提供摩擦所需的润滑,也能够成为磨屑的存储器,随着摩擦的进行,当沟槽被磨屑填满后,纳织构失去润滑脂存储器的作用,此时四种试样的摩擦磨损性能基本相同。

关键词：微/纳织构 alcrn涂层往复式滑动摩擦摩擦磨损特性