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随着切削技术的发展,人们对切削刀具的要求越来越高,传统的刀具越来越不能满足人们的需求,化学气相沉积技术作为一种特殊的表面强化技术在刀具领域得到了广泛的关注。此技术主要是在刀具表面沉积一层硬质薄膜,可以大大提高传统刀具的切削速度及使用寿命,降低切削的成本。化学气相硬质薄膜在高温下具有良好的导热性,同时具有良好的膜-基结合力和漂亮的外观,因此在金属加工行业也受到了极大的欢迎。 本文主要研究高温化学气相沉积法在YG6材料表面沉积碳化钛硬质涂层的工艺及涂层的性能。利用正交实验法对制备工艺进行优化,结合扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪等对涂层表征的结果,最终确定出较好的工艺参数。 X射线衍射仪检测结果表明,在样品表面出现了TiC相外,还出现了η相(Co3W3C)及WO3相,而且在高温环境中,基体存在着脱碳及部分氧化情况。对比X射线衍射谱图,经过精确的计算,得出在本实验条件下制备的TiC涂层内部晶体结构择优取向与CH4/TiCl4(流量比)及温度有很大的关系。 扫描电镜观察样品表面形貌发现,表面颗粒尺寸较大,并且表面凹凸不平、明暗交错。温度较低时生成的TiC颗粒较粗大,主要呈现河蚌状,随着温度的升高表面组织越来越致密,晶粒亦愈来愈小,最终以(111)面生长为主。 通过对样品断口形貌及表面金相组织分析,制备的涂层厚度相对较薄且表面有划痕、沟槽、位错等缺陷。随着温度的升高,TiC主要以球形或多面体结构堆积在基体表面。膜-基结合线的清晰度主要与膜层厚度有关。 EDS分析表明:部分样品中检测出了氧元素,这是由于设备真空度较低所致。氧元素与基体表面钨元素结合成WO3,部分氧元素还与TiCl4反应形成Ti2O3,形成的这些氧化物造成了样品表面强度的下降。沉积涂层过程中,在基体表面还形成了大量的脱碳层,即η相,主要附着在膜-基结合处,而涂层中并未发现此相。 样品表面显微硬度平均值为1980HV,膜-基结合力基本都在60N以上,最高的可达94N,但抗弯曲强度都低于基体本身的抗弯曲强度,平均值仅为950N。 通过正交实验可得到,温度和时间对涂层总体性能影响较大。长时间高温下样品脱碳及氧化较严重,较大程度上降低了样品的综合指数。