【摘 要】
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近年来,国家大力推进节能、环保的制造模式,现代先进制造技术概念逐渐形成。数控加工技术往高精密、高效率、干切削、绿色方向快速发展。传统的硬质涂层(如Ti N、Cr N、Ti Al N等)已经不能满足大部分材料的切削加工,例如钛及钛合金、铝及铝合金、镍基高温合金、淬硬钢、不锈钢等材料。TiMoN涂层由于具有较高的硬度和良好的自润滑性能而受到了较为广泛的关注。在该涂层的基础上,往其中掺杂非金属C元素可以
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近年来,国家大力推进节能、环保的制造模式,现代先进制造技术概念逐渐形成。数控加工技术往高精密、高效率、干切削、绿色方向快速发展。传统的硬质涂层(如Ti N、Cr N、Ti Al N等)已经不能满足大部分材料的切削加工,例如钛及钛合金、铝及铝合金、镍基高温合金、淬硬钢、不锈钢等材料。TiMoN涂层由于具有较高的硬度和良好的自润滑性能而受到了较为广泛的关注。在该涂层的基础上,往其中掺杂非金属C元素可以进一步提高涂层的硬度和自润滑性能。本文采用多弧离子镀技术在高速钢表面沉积了一系列的Ti Mo(C)N涂层。通过调节脉冲偏压占空比、乙炔流量和沉积气压三个参数,获得了具有不同性能的Ti Mo(C)N涂层。通常占空比对于涂层的表面形貌有较大的影响。在本实验中,提升占空比除了提高涂层的表面质量外,还使涂层的摩擦系数和磨损率均降低。在MoO3和sp2 C的共同作用下,当占空比为80%时,涂层获得最低的摩擦系数0.18和最低的磨损率1.0×10-6mm~3/N·m,表现出良好的自润滑效果和最优的抗磨损性能。但是占空比对涂层的硬度影响不大,随着占空比的变化,涂层的硬度在30.2-33.1 GPa范围内变化。此后,为了获得超硬自润滑性能和不粘铝性能的涂层,首先对乙炔流量进行调节。发现随着乙炔流量的增加,涂层的硬度先略微升高,然后显著降低,在乙炔流量为50sccm时,获得最高硬度30.7 GPa。涂层的不粘铝性能随着乙炔流量的升高而不断增强,当乙炔流量增加到75 sccm时,TiMoCN涂层已经基本上不发生铝粘结现象。相对而言,TiMoN涂层表面粘附了大量的铝。虽然MoO3和sp2 C都有润滑的效果,但MoO3的润滑效果对涂层的不粘铝性能不能起到有效的作用,而高含量的sp2 C可以使得涂层的不粘铝性能得到有效的提升。随着乙炔流量的升高,涂层中非晶碳的石墨化程度升高,sp2C的含量就越高,涂层的不粘铝性能表现得越突出。由于调整乙炔流量没有获得超硬性能的涂层,接着对沉积气压进行调控。随着沉积气压升高,涂层的硬度逐渐降低,摩擦系数和磨损率逐渐升高。当沉积气压为0.04-0.05Pa时,由于纳米复合结构的晶界效应、Ti2N硬质相的增强作用以及C原子和Mo原子的固溶作用使得涂层获得最高的硬度40.1 GPa。此条件下的涂层还兼具较小的摩擦系数0.33和最低的磨损率0.53×10-6 mm~3/N·m,并且表现出优异的自润滑效果。
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