电弧-磁控复合沉积TiSiN涂层及其切削性能研究-航空制造技术.PDF

刀具涂层 CUTTING TOOL COATING 电弧-磁控复合沉积TiSiN 涂层及其切削性能研究* Cutting Performance of TiSiN Coating Deposited With Combined Method of Arc Ion Plating and Magnetron Sputtering 山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室　　李士鹏　邓建新　闫光远　程宏伟 本文通过电弧离子镀 - 中频磁控溅射复合沉积的方 法，采用独立的纯 Ti 靶和纯 Si 靶在 YS8 硬质合金基体上 制备了 TiSiN 涂层。并研究了其化学含量、微观结构、硬 度，以及切削 45 淬火钢时的切削性能，对 TiSiN 涂层刀具 的市场应用具有积极的推动作用。 及难加工材料的广泛应用，刀具所处 内外很多学者都成功制备了TiSiN 的切削环境越来越恶劣，如剧烈的 涂层，其应用的制备方法主要有化学 摩擦、极高的温度等，诸如TiN、ZrN 气相沉积（CVD）、磁控溅射及电弧镀 李士鹏 [6-8] 山东大学机械工程学院博士研究 等二元涂层越来越无法满足市场要 等 。但化学气相沉积温度太高， 生，研究方向为耐磨涂层刀具的开发与 求，对刀具涂层材料提出了更高的要 大都在500℃以上，对刀具基体会有 研究，现研究课题为 MeSiN 涂层刀具的 求。因此，三元和多元涂层得到广泛 不利影响；磁控溅射沉积效率偏低； 制备与研究。 研究，并取得了很大成功，如TiAlN、 电弧镀采用的靶材为硅钛合金靶，成 TiZrN、CrAlN等[1-3]。 本较高，且由于合金靶中组分固定， 近年来，将Si元素添加到氮化 较难控制涂层中各元素含量。因此， “硬涂层”是在韧性较好的基体 物涂层中发现，其硬度可大幅度提 多种方法复合沉积TiSiN涂层成为 上，如高速钢、硬质合金等涂覆一层 升，并且耐高温氧化性、耐磨性也非 很多研究的热点。 或多层高硬度、高耐磨性的薄膜，实 常突出。Veprek等人研究的TiSiN 本文通过电弧离子镀-中频磁 现里韧外硬，大大提高了刀具的寿 [4] 涂层纳米硬度在50GPa以上 ，Kim 控溅射复合沉积的方法，采用独立的 命，扩展了使用范围。但随着切削速 等学者研究TiSiN涂层耐高温氧化 纯Ti靶和纯Si靶在YS8硬质合金 度的提高、绿色干切削技术的发展以 性发现，Si元素的加入使涂层比TiN 基体上制备了TiSiN涂层。并研究 的耐高温氧化性提高300~400℃[5]。 了其化学含量、微观结构、硬度，以 *　国家自然科学基金，山东大学 这些优异的性能使TiSiN涂层在刀 及切削45淬火钢时的切削性能，对 自主创新基金（2011JC001），教育部博士 点基金（20110131130002）资助。 具涂层应用方面具有广泛前景。国 TiSiN涂层刀具的市场应用具有积极 72 航空制造技术·2013 年第 14 期