第39卷2003年6月第6期561—564页仓扁学坂ACTAMETALLURGICASINICA、厂o1．39June2003NO．6PP．561—564高能量密度脉冲等离子体制备高硬耐磨TiN涂层彭志坚苗赫濯齐龙浩龚江宏(清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京100084)杨思泽刘赤子(中国科学院物理研究所，北京100080)摘要用高能量密度脉冲等离子体于室温下在硬质合金刀具上成功淀积了高硬耐磨TiN涂层．实验结果表明，涂层与基体有强的结合力，纳米划痕实验临界载荷达90mN以上；TiN涂层具有很高的硬度和Young’S模量，分别达27和450GPa以上．涂层刀具切削实验表明，刀具可用于硬度高达HRC58—62的CrWMn钢切削，且磨损量较低，寿命长．关键词高能量密度脉冲等离子，TiN涂层，硬质合金，刀具中图法分类号TB43，0484．4文献标识码A文章编号0412—1961(2003)06—0561-04HARDANDWEAR—RESiSTANTTITANIUMNITRIDECoATINGSDEPoSITEDBYPULSEDHIGHENERGYDENSITYPLASMAFoRCUTTINGTooLSPENGZhijianMIAOHezhuoQILonghao．G0NGJianghongStateKeyLaboratoryofNewCeramicsandFineProcessing，TsinghuaUniversity，Beijing100084ⅣGSize．LIUCh，iziInstituteofPhysics，TheChineseAcademyofSciences，Beijing100080Correspondent：PENGZhiiianTel：(010)62773395．E—mail：pengzh~ianoo@mails．tsinghua．edu．cnIanuscrjptreceived2002—08—16．inrevisedform2002—10-30一ABSTRACTHardandwear—resistanttitaniumnitridecoatingsweredepositedontocementedcarbidecuttingtoolsbypulsedhighenergydensityplasmatechniqueatambienttemperature．TheadhesivestrengthofTiNfilmtothesubstratehasbeensatisfactorywithveryhighcriticalloaduptomorethan90mNmeasuredbynanoscratchtester，duetotheimplantationeffectofthepulsedplasma．NanoindentationtestsshowthattheTiNfilmspossessveryhighnanohardnessfmorethan27GPa1andYoung’Smodulus(nearto450GPa1，owingtotheradiationhardeningefectandsolidsolutionstrengtheningeffectofthepulsedplasma．ThewearrateofthecuttingtoolsiSreduceddramaticallybecauseofthedepositionoftitaniumnitridecoatings．Theedgelivesofthecoatedtoolsareextendedbyfactorsof2-3comparedtotheuncoatedtools．Inaddition，thefilmscouldbeoptimizedbyvaryingthedepositionconditions，includingthepulsednumber(Ⅳp)andthedischargevoltage()betweentheinnerandouterelectrodes．KEYW0RDSpulsedhighenergydensityplasma，TiNcoating，cementedcarbide，cuttingtool工业设计在很大程度上决定了工业生产过程的质量和成本，提高机械加工和成型工艺的效率是工程人员的目标，但是单一材料难于满足极端条件下切削和成型刀具对材料的要求，必须依靠复合材料来实现这一目标，其中薄膜技术起着重要作用【J．在现代工业中，许多薄膜材料凭借其抗磨损、耐腐蚀、外观美，甚至光、电、热性能好等特点而受到人们的青收到初稿日期：2002-08—16，收到修改稿日期：2002—10—30作者简介：彭志坚，男，1964年生，博士睐，其中TiN薄膜能满足大多数薄膜需要【3’4J．常用的刀具薄膜淀积工艺有物理气相淀积(PVD)和化学气相淀积(CVD)．其中，CVD法常用在硬质合金刀具上淀积薄膜，但是它需要在高温(750—1000℃)下进行，并使用特殊前躯体来降低反应温度，因此能耗高，环境污染严重．与CVD法相比，PVD法对环境友好，适合于淀积三元和多元亚稳定薄膜．其淀积温度低f180—500℃)，不会降低基体硬度，但是存在薄膜与基体结合力不够理想以及淀积速率太低的问题_4j．闫鹏勋等人[5-7J对高能量密度等离子技术在GCr15钢基体上淀积TiN薄膜进行了研究，但在硬质合金及其维普资讯http://www.cqvip.com562金属学报39卷切削刀具上淀积TiN薄膜，并用纳米亚痕实验表征这种薄膜却未见报道，本文于室温下在硬质合金刀具上成功地淀积了高硬度、高模量、耐磨损、且膜基结合良好的TiN薄膜．1实验方法基体材料为株州硬质合金刀具厂生产的SNGN1204080．3x30。硬质合金切削刀片f牌号YG8)．部分测试样品镀膜前用金刚石研磨膏抛光至平均表面粗糙度R<0．...
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