AlTiN-Cu涂层的组织结构和性能-中国有色金属学报.PDFVIP

第 27 卷第 5 期 中国有色金属学报 2017 年 5 月 Volume 27 Number 5 The Chinese Journal of Nonferrous Metals May 2017 DOI ：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.05.008 AlTiN-Cu 涂层的组织结构和性能 1, 2 1, 2 1, 2 1, 2, 3 3 1, 2 1, 2 易继勇 ，潘晨曦 ，陈康华 ，徐银超 ，王云志 ，陈 浩 祝昌军 (1. 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083 ； 2. 中南大学 有色金属先进材料协同创新中心，长沙 410083 ； 3. 株洲钻石切削刀具股份有限公司，株洲 412000) 摘 要：采用阴极弧离子镀法在硬质合金基体上分别沉积 AlTiN 与 AlTiN-Cu 涂层，利用 XRD 、SEM、EDS 、XPS 、 纳米压痕与切削实验等对比研究 AlTiN 涂层和 AlTiN-Cu 涂层的显微组织与切削性能。结果表明：AlTiN 涂层为 典型柱状晶粒结构，Cu 的引入改变 AlTiN 涂层的晶粒生长方式与择优取向，细化晶粒组织，降低涂层硬度。对 比AlTiN 与 AlTiN-Cu 涂层可转位硬质合金刀片的切削性能发现，由于金属铜的润滑作用，AlTiN-Cu 涂层在干式 切削时切削寿命提高 44% ；Cu 的引入导致涂层硬度降低，AlTiN 涂层在湿式切削时性能更佳。 关键词：AlTiN-Cu 涂层；阴极弧蒸发；显微组织；切削性能 文章编号：1004-0609(2017)-05-0935-06 中图分类号：TG174.4 文献标志码：A 随着科技的进步，特别是机械制造领域中干式或 1 实验 者半干式金属加工、高速切削技术的发展，对切削刀 具提出了更高的要求。TiAlN 涂层具有硬度高、氧化 温度高、热硬性好、附着力强、摩擦因数小和导热率 采用工业化生产的阴极弧离子镀设备，在型 低等优良特性， 逐渐取代传统的 TiN 涂层刀具，广 号为 CNMG120408-DM 的硬质合金刀片上沉积了 泛用于切削高温合金、淬硬钢、不锈钢、镍合金、钛 AlTiN 与 AlTiN-Cu 涂层，刀片基体为 WC-6%Co 合金等难加工材料[1−5] 。随着高性能新材料技术的发 (质量分数) ，靶材选用粉末冶金制备的 Ti0.33Al0.67 与 展，特别是高速及干式切削过程，接触区域温度高于 (Ti0.33Al0.67)0.97Cu0.03 合金靶，通入氮气作为反应气体， TiAlN 涂层的抗氧化与热分解温度，导致涂层刀具氧 沉积温度为 400~500 ℃，沉积压力为2.2 Pa 。 化失效[6−7] 。近年来，许多研究者开始探究在 TiAlN 利用 SEM 检测 AlTiN 、AlTiN-Cu 涂层的表面与 涂层添加合金元素的方法来提高涂层的性能。 截面形貌，采用 EDX 分析 AlTiN-Cu 涂层表面元素分 Cu 是优良的热导体，同时金属 Cu 具有较好的润 布及含量，采用 X 射线衍射仪分析 AlTiN 、AlTiN-Cu 滑性能。ELYUTIN 等[8]研究将 Cu 引入TiN 涂层发现： 涂层的相结构，采用 X 射线光电子能谱仪对 AlTiN-Cu 能细化晶粒，降低摩擦因素，提升涂层的抗磨损性能。