调节C/N比可控制备高结合力低摩擦系数的TiAlCN涂层
编号：65
稿件编号：74 访问权限：仅限参会人
更新：2023-03-23 15:15:20
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口头报告
报告开始：2023年04月23日 09:15 （Asia/Shanghai）
报告时间：15min
所在会议：[B2] 薄膜科技论坛二 » [B2-1] 上午场
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摘要
近年来，硬质纳米复合涂层刀具由于具有高硬度，高耐磨性，高经济效益等优点成为高速、高质量、绿色等现代切削工艺的关键。传统TiAlN涂层刀具由于摩擦系数大，在切削高反应活性钛合金时，导致切削温度升高且易发生粘结，降低刀具寿命。为了降低切削温度需要配合切削液使用，但其成本是刀具的5倍以上，且会危害人体健康并造成严重的环境污染。为了实现钛合金的高速高质量切削，亟待开发高硬度、高耐磨性兼具低摩擦系数的刀具涂层，使涂层在具有高耐磨性、低摩擦系数的同时，具有工艺简单且成本低廉。
为此，本文采用中频磁控溅射方法，通过改变C2H2和N2流量调整涂层的C/N原子比，制备出高结合力低摩擦系数的TiAlCN涂层。通过多功能材料表面性能测试仪，纳米压痕仪等设备，研究不同C/N原子比对涂层硬度、结合力、摩擦系数的影响，通过XRD，XPS，SEM，TEM等检测手段揭示C/N原子比的微结构演化对涂层耐高温性能的作用规律，通过车铣加工机床实现钛合金高速切削性能检测。
性能最佳的TiAlCN涂层与TiAlN相比，硬度提高到20.36 Gpa，韧性提高约230%，结合力达到156 N，摩擦系数降低了65%，达到0.23。性能提升是因为通过调整C/N比，当C原子超过固溶度且C/N比未达到饱和时，可以使得涂层形成C非晶包裹纳米晶的特殊结构。TiAlCN涂层的高结合力低摩擦系数使其在切削钛合金时既减少磨损又可以抑制粘结，比TiAlN涂层切削距离提高了50%。
为此，本文采用中频磁控溅射方法，通过改变C2H2和N2流量调整涂层的C/N原子比，制备出高结合力低摩擦系数的TiAlCN涂层。通过多功能材料表面性能测试仪，纳米压痕仪等设备，研究不同C/N原子比对涂层硬度、结合力、摩擦系数的影响，通过XRD，XPS，SEM，TEM等检测手段揭示C/N原子比的微结构演化对涂层耐高温性能的作用规律，通过车铣加工机床实现钛合金高速切削性能检测。
性能最佳的TiAlCN涂层与TiAlN相比，硬度提高到20.36 Gpa，韧性提高约230%，结合力达到156 N，摩擦系数降低了65%，达到0.23。性能提升是因为通过调整C/N比，当C原子超过固溶度且C/N比未达到饱和时，可以使得涂层形成C非晶包裹纳米晶的特殊结构。TiAlCN涂层的高结合力低摩擦系数使其在切削钛合金时既减少磨损又可以抑制粘结，比TiAlN涂层切削距离提高了50%。
关键字
高结合力；低摩擦系数；TiAlCN涂层；C/N比；钛合金切削
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