CrAlN纳米复合涂层的组织结构及切削性能研究

摘要

目前对CrAlN涂层的研究主要集中在组织结构、力学性能和抗高温氧化性能等方面,对涂层的切削性能研究较少。采用电弧离子镀和脉冲直流磁控溅射共沉积技术制备了一种CrAlN纳米复合涂层,采用XRD、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪等分析了涂层的组织结构和力学性能。结果表明:CrAlN纳米复合涂层以fcc-(Cr,Al)N相为主,同时含有少量的hcp-AlN相,涂层具有明显的(111)择优取向。由于Al元素的固溶强化效应,CrAlN涂层的硬度高达31.9 GPa。涂层与基体之间结合良好,结合力高达85.6 N。针对45钢切削,测试了CrAlN纳米复合涂层刀具的切削性能,并利用热成像仪测试了切削区温度。测试结果表明:以后刀面磨痕宽度0.3 mm为磨钝标准,CrAlN纳米复合涂层刀具的切削时间明显比无涂层刀具切削时间要长,约为无涂层刀具切削时间的3倍。在切削过程中,涂层刀具的切削温度也更低些。这是因为CrAlN纳米复合涂层中Al固溶于CrN晶格中,通过固溶强化作用提高了涂层硬度,使CrAlN纳米复合涂层具有更高的耐磨性,同时降低了刀具表面的摩擦系数,延长了刀具的使用寿命。