（Cr0.72,Al0．28）N涂层的微观组织结构及力学性能研究.pdfVIP

第25卷第2期 硬 质 合 金 2008年6月 vo1．25 No．2 CEMENTED CARBIDE ^Lrk2008 鬻 学I} 科I} 料I} 材I} (Cro．72， Al0．28)N涂层的微观组织结构及 力学性能研究 周兴灵’彭卫珍 周书助’卫 (1．湖南工业大学冶金学院部门，湖南株洲，412000； 2．株洲硬质合金集团有限公司，湖南株洲，412000) 摘 要 借助XRD、纳米压痕、SEM和划痕仪研究了采用阴极弧制备技术在硬质合金 基体上沉积的(Cr，A1)N涂层的显微组织和力学性能。研究表明：面心立方结构的(Cr，A1)N 涂层由晶粒尺寸分散的柱状晶晶粒组成；(Cr，A1)N涂层的硬度为31．7 GPa；与硬质合金 基体的结合强度约为55 N。 关键词 (Cr，AI)N涂层；硬度；结合力 在TiN涂层中固溶金属元素Al形成的(Ti，A1)N 薄膜是近期的研究热点，并且在抗氧化性及力学性能 1 实验过程 方面都取得了重大突破，成为目前切削刀具领域应用 最广泛的涂层[1-21。(1’i，A1)N涂层的优势是在切削过程 用传统的粉末冶金方法制备硬质合金基体，采用 中由于热量的作用在涂层表面形成一层致密的、粘结 阴极弧沉积技术在硬质合金基体上沉积高Al含量的 性强的Al O，保护膜并阻止氧进一步扩散至涂层里 (Cr,A1)N涂层，采用XRD分析CrN涂层的相结构，采 层13]，从而合金具有抗高温氧化性，其高温抗氧化性能 用纳米压痕测量涂层的硬度，采用SEM观察涂层截 随 i，A1)N涂层中的Al含量提高而提高。但过高的 面的组织结构以及测定涂层中Cr、Al元素的含量，采 Al含量会导致涂层的结构发生转变，致使涂层的机 用划痕仪评估涂层和基体的结合情况。 械性能急剧下降。为了适应高速切削的发展，寻求新 的涂层材料势在必行。(Cr,A1)N涂层是最近出现的一 2 实验结果和分析 种新型的无钛涂层材料 ，它具有优异的高温硬度、 高的抗氧化性和化学稳定性，在较高的机械载荷作用 (Cr，A1)N涂层为立方相的CrN中固溶Al原子 下都显示出良好的耐磨性。由于面心立方晶型的CrN 转变而成，一般立方氮化物在固溶Al到一临界点 晶胞与TiN相比能固溶更多的Al元素，因此涂层显 后，就会转变为六方相的A1N。图1为衍射角为2。时 示出比 ，A1)N涂层更加优异的高温性能。且Cr是提 X射线小角度衍射所测得的(Or，A1)N涂层的谱线图， 高涂层抗热腐蚀性能的主要元素，Al能促进稳定的 (Cr，A1)N涂层呈面心立方结构，其晶体结构与面心立 Al O，膜的形成，所以(Or，A1)N涂层在保证良好的防腐 方的标准粉末CrN基本相同，但由于原子半径较小的 性能的前提下拥有好的抗氧化性。 Al原子置换Cr原子，相对于标准的CrN粉末的晶格 本文研究了采用阴极弧沉积技术所得的高Al含 常数0．414 nm (4．14 A)，(Cr,A1)N涂层的晶格常数较 量的(Cr,A1)N涂层的微观组织结构及其力学性能。 小，衍射峰位朝高角度偏移。表1列出了(Cr,A1)N涂层 的各晶面生长的织构系数以及晶格常数。与前面研究 作者简介：周兴灵．男．44岁．讲师．一直从事粉末冶金专业的教学和科研工作。 第25卷 周兴夏．等：