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《TiN_TiC和Ti_C_N_涂层的性能及影响因素研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究唐达培,高庆,江晓禹(西南交通大学应用力学与工程系,四川成都610031)[摘要]TiN和TiC同属于NaCl形式的晶体结构,是同构互溶性的。Ti(C,N)是两者的固溶体。TiN和TiC及Ti(C,N)涂层具有优良的力学和摩擦学性能,作为硬质耐磨涂层,已用于切削刀具、钻头和模具等场合,具有广泛的应用前景。综述了国内外关于这3种涂层的研究成果。研究了影响其性能的若干因素,比较了它们的性能差异,为进一步优化涂层的性能及合理地选用涂层提供了参考。进一步的研究方向是高、低温及恶劣环境下涂层的性能以及更大
2、载荷下涂层的摩擦学性能等。一些重要结果如下:(1)对TiN涂层而言,用CAPD比用CAIP制备时,涂层的摩擦因数小、结合强度大、硬度小;脉冲电压从550V增大到750V时,涂层脆性增加、结合强度减小;在多弧离子镀工艺中,500℃是最佳沉积温度,此时涂层的硬度和结合强度均最大。(2)对用反应磁控溅射制备的TiC涂层而言,用C2H2比用CH4制备时,涂层的硬度大;CH4分压在0.02～0.04Pa范围内为最佳,此时TiC涂层的硬度和弹性模量最大,分别是30.9GPa和343.0GPa。(3)对Ti(C,N)涂层而言,随CH4:N2或C2H2:N2流量比
3、的增大,其硬度增大;CH4:N2分压比对摩擦因数和磨损量的影响还与载荷的大小有关;TiCxN1-x涂层的硬度和弹性模量随x值而变化,当x为0.6左右时,硬度取最大值45GPa,当x值为0.43左右时,弹性模量取最大值630GPa。[关键词]涂层;TiN;TiC;Ti(C,N);性能;影响因素;硬度;摩擦因数[中图分类号]TG174[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2005)03-0042-05[9,10]0引言成分在20世纪80年代已开始研究。迄今为止,对于TiN,TiC及Ti(C,N)涂层的性能进行了大TiN涂层具有硬度高、韧性好、
4、结合强度高、摩量研究,发现涂层的组分、厚度及工艺条件(如沉擦因数小和化学性能稳定等优点,作为涂层用于加积温度、速度、压力等)对涂层性能有较大的影响,工刀具大大提高了其使用寿命和被加工产品的质[1,2]涂层的使用工况(如温度、速度、气氛、载荷等)对量。但是,随着机械制造业要求的提高,切削涂层摩擦磨损等性能有较大的影响。本工作对3刀具存在高温抗氧化性不足,硬度不够高等缺点。种涂层的性能研究进行了评述,重点研究影响其性在各种新的涂层材料中,TiC涂层具有较好的综合能的各种因素,同时比较了3种涂层性能的差异,性能,并且硬度比TiN更高,已成为主要选择之一[
5、3]。20世纪90年代通过多组元涂层、多层涂为涂层的合理选用和设计提供了依据,最后提出了层[4～6]、复合涂层提高了TiN涂层工模具的性能,进一步的研究方向。取得了相当大的进展。TiN,TiC同属于NaCl形式1影响涂层性能的因素的晶体结构,两者的晶格常数相差不大,是同构互溶性的。Ti(C,N)是TiN和TiC的固溶体,具有两1.1制备工艺者的特性和优点,Ti(C,N)与TiN相比有更好的抗用于制备TiN,TiC及Ti(C,N)涂层的工艺有粘着磨损和抗磨粒磨损性能、更低的摩擦因数,可物理气相沉积、化学气相沉积及各种复合工艺,如以进一步提高切削刀具的
6、生产效率和使用寿等离子体化学气相沉积、射频溅射沉积、离子束增[7,8]命。Ti(C,N)涂层的基本性能如形貌、结构和强沉积、空心阴极离子镀、阴极电弧等离子沉积、阴[收稿日期]20041026极电弧离子镀、直流反应磁控溅射等。工艺不同,[基金项目]教育部优秀青年教师基金涂层的性能也可能不同。用CAPD比用CAIP制备y42TiN,TiC和Ti(C,N)涂层的性能及影响因素研究[11][17]的TiN涂层的摩擦因数要低,可是若TiN涂层善膜基结合强度的关键因素。下有Ti作为夹层时,这2种工艺制备的TiN涂层TiC的反应溅射可采用各种含碳气体,如甲的摩擦
7、因数无明显差异;用CAPD制备的TiN涂层烷、乙炔等。高活性的乙炔气体可得到高硬度的[18]的磨损率随滑动速度增加而增加,而用CAIP制备TiC薄膜,但工艺和质量的重复性较差。甲烷等的TiN涂层则有相反的结论;用CAPD比用CAIP化学稳定的碳源气体能够保证工艺过程的良好控制备的TiN涂层的结合强度要大,但硬度要小。制,但常常达不到硬质膜所必需的化学计量比,致使镀层性能达不到要求。在这些沉积方法中,反应1.2择优取向气体的分压将对所形成薄膜的相组成、微结构和力学性能产生重要作用。低的甲烷分压下,制备的薄TiN涂层因制备的方法不同,取向也有所不膜样品
8、中含有钛相,薄膜的硬度和弹性模量较低;同,如PVD方法制备的TiN涂层取向一般为甲烷分压提高到0.02～0.04Pa时,薄
