电弧离子镀craltin膜的制备和性能研究

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1、摘要多元硬质膜因能够有效的改善刀具的切削性能以及提高工模具的抗高温氧化性能而备受关注。多元膜具有晶粒细化、固溶强化、多组元强化等一系列强化机制，因此硬度较高。不同成分如Ti、Cr、Al可以提高其各方面的性能如硬度、摩擦、抗高温性能等，使得多元膜的应用十分广泛。作为膜层应用的一个重要分支，多元膜从理论到应用上都得到了极大的发展。电弧离子镀技术制备的膜层致密，膜／基结合力高，工艺简单。本文利用真空阴极电弧离子镀技术制备了CrAlTiN薄膜。研究了不同工艺参数对复合膜主要力学性能的影响，得到了最佳的制备工艺；研究了CrAlTiN膜层的耐高温氧化性能及与T

2、iAIN、CrN、TiN进行比较。采用了小角度X射线衍射(Ⅺ①)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、纳米硬度计、显微硬度计、划痕仪等测试手段对膜层的结构及性能进行了表征。主要研究结果如下：(1)电弧离子镀技术制备CrAlTiN薄膜工艺的研究：研究了膜层沉积前离子轰击、过渡层的工艺，研究了负偏压、沉积温度、炉压等工艺参数对膜／基结合力、硬度等基本力学性能及膜层厚度的影响规律。实验证明：膜层沉积温度420℃，偏压200V，占空比90oA，炉压1．5Pa，工件架转速4r／min，N2进气流量650scorn时得到的膜层性能最优。膜层为银灰色、硬度达

3、到3000HV、结合力达到65N。(2)电弧离子镀CrAlTiN薄膜耐高温氧化性能的研究：采用氧化增重法研究了CrAITiN膜层的耐氧化温度，比较了CrAlTiN膜层与(Ti，AI)N、CrN、TiN的耐高温氧化性能和高温下的膜层韧性，研究了CrAlTiN膜层氧化前后的表面形貌和断面形貌，研究了膜层氧化过后的生成物以及结构、基本性能的变化。得到结果如下：不同Cr／A1／Ti元素比例的CrAlTiN膜层其耐氧化温度与(Ti，A1)N比较有高有低，均高于CrN，远高于．TiN；Cro．56Alo．28Tio．16N的耐氧化温度达到850℃以上，氧化过程

4、中膜层韧性最好，其表面主要生成物为Crz03，抵抗进一步氧化的能力要好于主要生成Ti02与A1203的Cro．1lAlo．45Tio．44N膜层；在氧化过程中有元素迁移的现象，基体中的Fe元素以及膜层中的舢、Ti元素有部分广东T业大学T学硕_』．学位论文迁移到Cr-CrN过渡层中，但对其膜／基结合力影响不大；氧化过后CrAlTiN膜层纳米硬度和弹性模量有所下降。关键词：电弧离子镀；CrAlTiN：多元膜；耐高温氧化性能AbstractThemulti-componenthardfilm，becauseofitsabilitytoimprovethe

5、tools’cuttingperformanceeffectivelyandtoimprovethehi曲一temperatureoxidationperformanceofthetoolanddie，waswidelyconcerned．Themulti—componentfilmhasaseriesofstrengthenmechanismsuchasgrainrefinement，solid—solutionstrengtheningandmulti—componentstrengthening，SOithashigherhardness．D

6、ifferentcompositionssuchasTi，Cr,AI，Canimproveitsvariousaspectsofperformanceincludinghardness，friction,11igh—temperatureperformanceandSOon,whichcouldmakethemulti-componentfilm’Sapplymoreextensively．Asoneofthemostimportantbranchesinfilm’Sapplication，nomatterthetheorythantheappli

7、cationaboutthemulti-componentfilmwerealldeveloped．ThefilmsdepositedbyArcionplatingprocessarecharacterizedbyhighdensityandhighbondforcebetweensubstrateandfilms．CrAlTiNfilmWasdepositedbycathodicvacuumarcionplatingtechnologyinthispaper．Severaltechnologicalparametersimpactingthema

8、jormechanicalpropertiesofcompositethinfilmswereexplored，andth