稀土TiN-TiAlN硬质合金刀片涂层的研究

摘要

TiAlN涂层具有优良的耐高温磨损性能而且具有比TiN更高的硬度,作为耐磨涂层具有非常广阔的应用前景。本论文采用多弧离子镀技术在YT15硬质合金转位刀片上制备了TiN/TiAlN涂层,并对Al元素和稀土元素对TiAlN涂层性能的影响进行了探讨。研究结果表明:
　　沉积的Til-xAlxN涂层,除(Ti,Al)N相外,还含有一定量的(Ti2,Al)N相,不同Al含量的(Ti,Al)N都具有沿(111)面的择优取向。Ti1-xAlxN涂层的硬度、结合力和切削性能都随Al含量的增加先升高后降低,这是由于涂层中Al含量的变化引起涂层的晶体结构、择优取向的变化和晶格畸变等因素造成的。在本试验中,当x=0.625时,Ti1-xAlxN涂层的硬度最高,之后硬度下降很快;当x=0.5时,Ti1-xAlxN涂层的结合力最高。
　　添加稀土元素后,由于涂层择优取向和晶体结构的变化,TiN和TiAlN系涂层的硬度和结合力都有不同程度的提高。稀土TiN涂层硬度和结合力的提高对于沉积以TiN为打底层的TiN/TiAlN复合涂层有利,硬度的提高给表面层更有力的支撑,从而提高整体涂层的硬度和使用寿命,结合力的提高也可以延长刀片的使用寿命。涂层刀片的切削时间延长的同时,磨损程度减小。稀土元素的活性较强,加入后改善了涂层的内应力,降低了熔滴的表面张力。界面中稀土氮化物的形成也可能提高涂层结合力。SEM分析结果显示在涂层中加入Ce元素,可明显改善涂层的表面形貌,减少涂层孔隙和大液滴,提高涂层的致密性和平整度。

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第1章 绪论

1．1 刀具硬质涂层概述

1．2 TiAlN涂层的特点和研究现状

1．3 稀土改性的离子镀技术

1．4 本课题意义和主要内容

第2章 涂层沉积原理分析和涂层沉积方法

2．1 涂层沉积原理

2．2 涂层沉积方法

第3章 涂层的制备及表征方法

3．1 试验设备、材料和预处理

3．2 涂层的制备

3．3 涂层的表征

第4章 Al含量对TiAlN涂层结构和性能的影响

4．1制备工艺

4．2 涂层的性能试验研究

4．3 涂层微观组织成分分析

4．3 本章小结

第5章 稀土元素Ce对涂层性能和结构的影响

5．1 涂层的性能分析

5．2 涂层微观组织成分分析

5．3 本章小结

第6章 溶胶凝胶法制备Al2O3涂层

6．1 溶胶-凝胶法（sol-gel process）

6．2 涂层的制备和检测

6．3 小结

第7章 结论

参考文献

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