多弧离子镀制备TiAlN涂层的工艺研究.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENG}NEER多弧离子镀制备T．AIN涂层的工艺研究李相阳南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)摘要：介绍了TiAIN涂层和多弧离子镀的特点及应用。总结了多弧离子镀的主要工艺参数及其他影响因素对TiAIN涂层性能的影响规律，为TiAIN涂层的工艺设计提供参考。最后分析和展望7TiAIN涂层的发展方向。关键词：TiAIN涂层；多弧离子镀；工艺参数：其他因素中图分类号：TB43文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)12—0095—02StudyontheTechnologyofTiAINCoatingPreparedbyMu

2、ltiArcIonPlatingLIXiangyang(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofSouthChina,Hengyan9421001，China)Abstract：ThecharacteristicsandapplicationsofTiAlNcoatingandmultiarcionplatingareintroduced．InordertoprovidereferenceforprocessdesignofTiAlNcoating，thispapersummarizestheinfluenceofmaintech

3、nologicalparametersofmultiarcionplatingandotherfactorsonthepropertiesofTiAINcoating．ThedevelopmenttrendofTiAlNbasedcoatingisanalyzedandprospected．Keywords：TiAlNcoating；muhiarcionplating；technologicalparameters；otherfactors0引言TiN涂层被广泛运用到工业、商业领域，但该涂层在温度超过600℃时便被氧化，出现涂层剥落、硬度下降等现象。而TiAlN涂层的耐高温

4、氧化温度达到800℃以上，且具有膜基结合强度高、导热率低、摩擦因数小、耐腐蚀等特点，因此TiAlN涂层将成为TiN涂层的替代材料，具有较高的研究价值和潜力㈣。多弧离子镀技术具有离化率高、沉积速率快、膜基结合强度高等优点，在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域应用广泛[oq。本文总结了多弧离子镀技术的主要工艺参数以及其他影响因素对TiAlN涂层性能的影响规律，为多弧离子镀制备TiAlN涂层工艺的设计提供参考。1影响TiAlN涂层的工艺，．J基体负偏压的影响多弧离子镀制备TiAlN涂层发现，基体负偏压过小或者过大都会导致涂层的表面质量下降，单位面积上的颗粒尺寸大、密度大等现象州

5、11；孔隙率随着基体负偏压的升高而降低睁“1；随着基体负偏压的增大，沉积速率[9-tO,121、硬度卜班蛳膜基结合强度I”1q均呈现先上升后降低的趋势。，．2靶电流的影响靶电流越低，TiAlN涂层单位面积上颗粒的尺寸和密度越小、色泽越均匀、膜层结合强度越高、致密度也越高，但靶电流过小时沉积速率明显降低，甚至出现灭弧现象。研究发现随着靶材电流的增大，涂层的膜基结合强度逐渐增强㈣，显微硬度则呈先升高后降低趋势陋”。，一氮气分压的影响文献[15一181指出氮分压在一定范围内增加，制备的TiAlN涂层表面更加致密平整，晶粒更加细小且均匀；涂层的硬度和弹性模量呈先增大后减小的趋势，而

6、膜基结合强度则呈现先降低后上升的趋势。张飞等【19]研究B．Y．Shew的文章发现，在保持真空度不变情况下，当氮流量为1secm时，涂层为非晶结构，当氮流量小于6sccm时，TiAlN晶面择优取向为(111)，当氮流量大于6sccm时，TiAlN晶面择优取向为(200)。1．4镀膜温度的影响镀膜温度的高低影响基体的硬度、涂层的硬度及膜基结合强度等性能指标。通过吉布斯的吸附原理可推断出镀膜温度越高，基体对气体杂质的吸附就越少[20-2”。文献[16】指出镀膜温度过低，易得到疏松的锥状晶，而镀膜温度过高又易得到粗大柱状晶，只有适宜的镀膜温度才能获得致密柱状晶。同时温度过高由于涂

7、层与基体的热膨胀系数不同，使得涂层与基体间不能一致地伸缩，会产生热应力，导致涂层出现开裂或脱落等现象。温度过高还会使得基体出现回火软化现象，因此对刀具进行镀膜时，为提高膜基结合强度及涂层的质量，需在一定的温度环境下才开始镀膜，如高速钢刀具镀膜的镀膜温度一般为500℃左右，而硬质合金刀具的镀膜温度则一般在90∞C左右阱气，．5其他因素的影响文献[241发现，随着Al含量的增加，导致纤锌矿结构研究[J]．汽轮机技术，2012，54(1)：26—28．[5]张婷婷，王克明，孙阳，等．温度场对双转子系统动力特性影响的分析[