采用高温化学气相沉积技术, 于1 000~1 100 ℃在WC-6%Co硬质合金基体表面制备了TiN/TiCN/Al2O3/TiN复合陶瓷涂层, 研究了复合涂层的物相、表面和横截面形貌、显微硬度、界面结合强度和耐磨损性能。结果表明: 沉积温度为1 000 ℃时, 复合涂层中Al2O3层为κ相和α相共存; 当沉积温度升至1 050 ℃和1 100 ℃时, Al2O3层为单一的α相; 1 050 ℃下沉积复合涂层的表面平整、结构致密, 1 000 ℃沉积复合涂层中的TiCN层存在少量孔洞, 1 100 ℃下沉积复合涂层中TiCN层的柱状晶沿某一方向生长比较明显, 较高的沉积温度加速了钛元素向Al2O3层的外扩散; 1 050 ℃下沉积复合涂层的显微硬度最大, 为1 828 HV, 该涂层的耐磨损性能最佳, 其与基体间的结合强度最高, 临界载荷为135.2 N。
所属栏目
材料性能及其应用
收稿日期
2014/3/252014/5/25
作者单位
戴建伟:北京航空材料研究院, 北京 100095
许振华:北京航空材料研究院, 北京 100095
王凯:北京航空材料研究院, 北京 100095
何利民:北京航空材料研究院, 北京 100095
牟仁德:北京航空材料研究院, 北京 100095
备注
戴建伟(1988-), 男, 河北唐山人, 助理工程师, 硕士。
引用该论文:
DAI Jian-wei,XU Zhen-hua,WANG Kai,HE Li-min,MU Ren-de.Phases and Properties of TiN/TiCN/Al2O3/TiN Multilayer Coating Deposited at Different Temperatures[J].Materials for mechancial engineering,2014,38(7):84～89
戴建伟,许振华,王凯,何利民,牟仁德.不同温度下沉积TiN/TiCN/Al2O3/TiN复合涂层的物相结构和性能[J].机械工程材料,2014,38(7):84～89
参考文献
【1】
张立.国内外硬质合金研究和发展动态［J］.有色金属工业, 2001, 10(2): 25-27.
【2】
周建华, 孙宝琦.钴相梯度分布硬质合金的研究［J］.稀有金属与硬质合金, 2002, 30(2): 11-14.
【3】
孔凡霞, 张成茂, 张德远.TiAlN涂层刀具高速铣削颗粒增强铝基复合材料时的磨损行为［J］.机械工程材料, 2009, 33(8): 81-83.
【4】
刘战强, 万熠, 周军.高速切削刀具材料及其应用［J］.机械工程材料, 2006, 30(5): 1-5.
【5】
FALLQVIST M, OLSSON M, RUPPI S, et al. Abrasive wear of multilayer k-Al2O3-TiCN CVD coatings on cemented carbide［J］.Wear,2007,263(1/6):74-80.
【6】
CHIEN H, GAO M C, MILLER H M, et al. Microtexture and hardness of CVD deposited α-Al2O3 and TiCxN1-x coatings［J］.International Journal of Refractory Metals and Hard Materials,2009,27(2):458-464.
【7】
王福贞, 马文存.气相沉积应用技术［M］.北京: 机械工业出版社, 2007: 25-34.
【8】
杨林生, 王君, 陈长琦.硬质薄膜技术的最新发展［J］.真空, 2009, 46(6): 35-39.
【9】
LIUA Z J, LIUA Z K, MCNERNY C, et al. Investigations of the bonding layer in commercial CVD coated cemented carbide inserts［J］.Surface and Coatings Technology, 2005, 198(1/3): 161-164.
【10】
宋贵宏, 杜昊, 贺春林.硬质与超硬涂层［M］.北京: 国防工业出版社, 2007: 159-282.
【11】
马静波, 李楠, 刘新佳, 等.陶瓷涂层/钢的摩擦磨损性能研究［J］.润滑与密封, 2007, 32(1): 99-103.
【12】
DENG J X, CAO T K, LIU L L. Self-lubricating behaviors of Al2O3/TiB2 ceramic tool in dry high-speed machining of hardened steel［J］. Journal of Europe Ceramics Society,2005,25(7),1073-1079.
【13】
陈崇亮, 刘利国, 安孝玲.硬质合金刀具Al2O3涂层摩擦磨损性能研究［J］.润滑与密封, 2010, 35(9): 72-75.
【14】
王零森, 黄培云.特种陶瓷［M］.长沙: 中南大学出版社, 2005: 140-141.
【15】
BRUSIC V, FRANKEL G S, HU C K, et al. Corrosion study of an Al-Cu alloy exposed to reactive ion etching［J］.Corrosion,1991,47(1):35-40.
【16】
张静, 李昆, 陈响明.硬质合金刀片α-Al2O3涂层研究［J］.硬质合金, 2007, 24(1): 9-12.
【17】
BELLOT J P, FORSTER B, HANS S, et al. Dissolution of hand-alpha inclusions in liquid titanium alloys［J］.Metal Mater Trans,1997,28(6):1001-1010.
【18】
唐伟忠.薄膜材料制备原理、技术及应用［M］.北京: 冶金工业出版社, 1998: 32-43.
【19】
谈慕华, 黄蕴元.表面物理化学［M］.北京: 中国建筑工业出版社, 1985: 110-122.
【20】
OLLENDORF H, SCHNEIDER D. A comparative study of adhesion test methods for hard coatings［J］.Surface and Coatings Technology, 1999,113(1/2):86-102.
【21】
刘福田, 黄巍玲, 淳文虎, 等.金属陶瓷覆层-钢基体界面结合状态的研究［J］.材料科学与工艺, 2005, 13(5): 453-455.
【22】
杨班权, 陈光南, 张坤, 等.涂层/基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望［J］.力学进展, 2007, 37(1): 67-79.
【23】
JERZY S, KRZYSZTOF Z, BARBARA L. Investigation of adhesion between component layers of a multi-layer coating TiC/Ti(CxN1-x)/TiN by the scratch test method［J］.Vacuum,1999,55(1):45-50.
【24】
FOUAD A, THOMAS J. Adhesion evaluation of thin ceramic coatings on tool steel using the scratch testing technique［J］. Surface and Coatings Technology,1996,78(1/3):87-102.
