aln基硬质涂层热稳定性、高温氧化行为及耐腐蚀性能研究

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1、万方数据中图分类号!Q12垒：垒UDC31硕士学位论文学校代码!Q墨三三密级公珏A1N基硬质涂层热稳定性、高温氧化行为及耐腐蚀性能研究ThermalStability,OxidationBehaviorandCorrosionPropertiesofAIN-·basedHardCoatings作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：冯于平材料科学与工程粉体材料科学与工程粉末冶金研究院张立教授吴厚平副教授论文答辩日期丝丝』答辩委员会主席二芝鱼望中南大学2014年5月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交

2、的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：盔盟日期：型阵』月』Et学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位

3、论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：凼壬日期：鲨』兰年上月—￡Et聊签名丝万方数据AIN基硬质涂层热稳定性、高温氧化行为及耐腐蚀性能研究摘要：A1N基硬质涂层具有高硬度、耐磨、化学性质稳定、良好的高温抗氧化性以及优异的耐腐蚀性能等特点，在现代金属切削刀具市场中发挥着越来越大的作用，面对高温、潮湿、高盐度等各种复杂服役环境，对其不同工况条件下的使用性能提出了更高的要求。采用电弧离子镀技术在GK05、GU20和G

4、U25UF三种不同牌号的硬质合金基体上沉积三种不同的涂层AITiN、A1CrN和A1CrSiWN，考察分析了三种涂层的显微组织结构、硬度、弹性模量及膜基结合力等综合力学性能，在此基础上对比研究了三种涂层的热稳定性能、高温抗氧化性能以及电化学腐蚀行为，探讨了A1N基硬质涂层的高温氧化元素迁移机制与电化学腐蚀机理，主要结论如下：1．显微组织结构与综合力学性能检测结果表明，A1TiN涂层表面存在明显的液滴与孔洞缺陷，AFM结果表明其粗糙度(42．5gm)相对较大，涂层截面呈柱状晶结构生长，其硬度(25．9GPa)最低；与A1TiN涂层相比，A

5、1CrN和A1CrSiWN涂层的表面缺陷明显减少，液滴现象得到改善，且均呈细晶生长，柱状晶结构得到消除。其中由于Si元素的添加起到细化晶粒的作用，A1CrSiWN涂层硬度(33．96GPa)最高，但其膜基结合力明显降低。沉积在GK05、GU20和GU25UF硬质合金上的A1CrN涂层与三种基体的膜基结合力最好，膜基结合力的大小还与硬质合金基体的晶粒度成反相关。2．AlTiN、A1CrN和A1CrSiWN三种涂层都表现为fcc—A1N立方结构，但A1TiN涂层由于处于相转变临界点，出现了明显的宽化现象。AICrSiWN涂层中没有检测到Si

6、3N4相，但依据XPS中检测出Si．N化学键的存在，可以推测其已经形成了非晶Si3N4相，但进一步结论需待TEM结果进行佐证。3．热稳定实验结果表明，不同温度热处理后的A1TiN涂层物相演变、硬度演变与A1CrN和A1CrSiWN涂层的截然不同。A1TiN涂层发生时效硬化现象，硬度随温度的上升而增加，直到柔软相hcp—A1N的出现使得涂层硬度急剧下降至22．78GPa。而A1CrN和A1CrSiWN涂层在高温热处理条件下的分解过程不存在spinodal分解，由于没有时效硬化现象，随热处理温度的上升硬度大幅减小，相对A1CrN涂层来说，A

7、1CrSiWN涂层高温热处理后硬度下降幅度更大，热稳定性较万方数据A1CrN涂层更差。4．高温氧化实验结果表明，AITiN涂层起始氧化温度为700oC，而A1CrN和A1CrSiWN涂层到900oC才开始出现明显氧化现象；A1TiN涂层的氧化层上层以A1203氧化层为主，下层是A1203和Ti02的混合物双层氧化层结构，疏松多孔的Ti02致使其高温抗氧化性能在三种涂层中相对最差。A1CrN涂层的氧化层结构为A1203／Cr203混合氧化层，而A1CrSiWN涂层在此基础上还具有致密的Si02氧化层，掺杂的Si元素能够促进A1203的生成

8、，同时A1Ti(Cr)N-Si3N4纳米复合结构协同提高了AlCrSiWN涂层的高温抗氧化性能。5．电化学腐蚀实验表明，与未镀涂层的硬质合金基体相比，涂层硬质合金的耐腐蚀性能得到了明显的改善。三种涂层孔隙率