【摘 要】
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目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析其磨损机理.结果 制备了具有优异性能的V-Al-C-N纳米复合刀具涂层.当涂层中C原子数分数为29.40％时,涂层的硬度和弹性模量分别高达36.3 GPa和370.5 GPa.在室温(RT)
【机 构】
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天津职业技术师范大学 天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津 300222;中国科学院宁波材料技术与工程研究所 中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室,浙江 宁波 315201;中国科学院宁波材料
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目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析其磨损机理.结果 制备了具有优异性能的V-Al-C-N纳米复合刀具涂层.当涂层中C原子数分数为29.40％时,涂层的硬度和弹性模量分别高达36.3 GPa和370.5 GPa.在室温(RT)～650℃宽温域范围内,涂层具有稳定、良好的摩擦学性能.RT条件下,涂层中的磨痕很浅,摩擦因数(COF)为0.43;在300℃工作时,对比VAlN涂层,其非晶包裹纳米晶的结构使得掺C后的COF降低了14％,至0.72,磨损机理包含磨粒磨损和氧化磨损;650℃条件下,磨痕出现大量犁沟,大量磨屑在摩擦轨道两侧被压实,此时氧化反应明显加剧,涂层表面生成V2O5润滑相,摩擦因数稳定在0.35.结论 采用三靶磁控共溅射技术,在VAlN涂层中引入不同含量的C,可提高其力学性能,并在一定程度上降低涂层的高温摩擦因数.不同温度条件下摩擦因数的变化与涂层的磨损机制有关.
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