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具有优异摩擦学特性的物理气相沉积(PVD)TiAlN涂层材料是目前应用于难加工材料高速精密加工中最广泛的刀具涂层之一。然而由于膜-基间不同键合类型、热膨胀系数、润湿性能等,TiAlN涂层刀具仍存在膜-基结合强度不足的问题。本文将等离子体辅助激光织构化与PVD涂层技术相结合,提出了基体表面等离子体辅助激光织构化TiAlN涂层刀具的新概念,深入探究影响涂层与基体膜-基结合强度的因素与膜-基界面强化机理。主要实验方法包括:控制变量法、对比法和归纳法;主要研究内容与结论如下:(1)本文从改善膜-基物理结合和化学键合界面出发,提出了等离子体辅助激光织构化基体预处理增强涂层刀具膜-基结合强度的新思路。利用纳秒脉冲激光器在YG6基体表面加工微织构,对比分析各激光加工参数对织构形貌与微观质量的作用规律,进而得到最佳的、且利于涂层涂覆的激光加工参数。紫外纳秒激光织构化工艺参数为:泵浦电流1A,扫描速度50 mm/s,重复频率30 KHz,脉冲宽度5 ns,得到的微织构尺寸为:沟槽深度6 μm,沟槽宽度35μm。为研究基体表面织构间距对涂层结合强度的影响,制备50 μm、100μm、150μm和200 μm四种不同沟槽间距的微织构表面进行对比分析研究。在基体表面微织构制备完成后,使用感应耦合等离子体蚀刻系统对织构化基体表面进行刻蚀,刻蚀参数为:上部RF源功率500 W,下部RF源功率150 W,气压3 Pa,刻蚀温度40℃,刻蚀时间20 min,气流通量20 sccm,蚀刻气体SF6。经刻蚀后的基体表面微织构质量得到明显改善。(2)为分析各预处理对基体表面物理与化学性能的影响,在基体表面做如下四种不同的处理:1.基体表面激光织构化;2.基体表面等离子体刻蚀;3.基体表面等离子体刻蚀辅助激光织构化;4.基体表面仅研磨抛光。系统分析了基体表面残余应力、晶体结构、比表面积、表面能等材料特性和表面状态。结果表明,基体表面等离子体辅助激光织构化预处理可使基体为涂层提供更优的机械锚固作用、增加了涂层与基体的化学匹配性、增加基体表面比表面积和表面能。(3)对上述四种不同预处理硬质合金基体表面沉积TiAlN涂层,涂层后分别命名为:常规涂层刀具(CCT),激光织构化涂层刀具(LCT),等离子体刻蚀涂层刀具(CECT),等离子体辅助激光织构化涂层刀具(LECT),并进行纳米划痕试验和干切削316L奥氏体不锈钢试验。研究发现,与CCT试样(临界载荷:80.52N)相比,LECT试样(临界载荷:112.64N)的膜-基结合强度得到了显著提升。在切削试验中,与CCT刀具相比,在200 m/min的切削速度下,LECT-100(织构槽间距为100μm)刀具的切削力Fx,FY和Fz降幅最明显,分别降低了 34.82%,36.15%和11.36%,且涂层脱落区域明显减少,前后刀面磨损程度明显降低。根据膜-基界面学理论和涂层附着机理,揭示了考虑物理结合和化学键合的基体表面等离子体辅助激光织构化TiAlN涂层刀具膜-基界面强化机理。