高速钢表面TiSiN基刀具涂层的制备及性能研究
高速钢表面TiSiN基刀具涂层的制备及性能研究
摘要：随着制造业的发展，对切削工具的性能要求越来越高。为了提高刀具的硬度、耐磨性和切削性能，钢表面涂层技术得到了广泛应用。本文采用物理气相沉积（PVD）方法制备高速钢表面的TiSiN基刀具涂层，并对其性能进行研究。结果表明，该涂层具有较高的硬度、较低的摩擦系数和优异的切削性能，适用于高速切削加工。
1. 引言
随着科技的不断进步，现代制造业对切削工具的性能要求越来越高。高速钢作为常用的切削工具材料，其表面涂层技术在提高刀具硬度、耐磨性和切削性能方面起着重要作用。目前，物理气相沉积（PVD）是一种常用的制备刀具涂层的方法，它能在刀具表面形成均匀致密的陶瓷涂层，改善刀具的耐磨性、切削速度和表面质量。
2. 实验方法
本研究选择高速钢作为基材，采用物理气相沉积（PVD）技术制备TiSiN基刀具涂层。首先，在真空室中加热高速钢基材至一定温度，然后将氮气和氩气作为反应气体输入到真空室中，与钨靶材反应生成TiSiN复合涂层。最后，待温度降至室温后，取出刀具进行性能测试和分析。
3. 结果与讨论
通过SEM和XRD等分析测试手段，得到了TiSiN基刀具涂层的表面形貌和晶体结构。结果显示，该涂层具有致密均匀的结构，表面光滑且无明显缺陷。同时，涂层中的主要晶相为TiN、Si3N4和W2N，其硬度较高，能显著提高刀具的耐磨性。 进一步，对涂层的摩擦系数和切削性能进行了测定。实验结果显示，TiSiN基刀具涂层的摩擦系数低于未涂层的高速钢刀具，这意味着涂层具有更好的自润滑性能，有利于降低切削过程中的摩擦损耗。此外，涂层具有较高的切削速度和较低的切削力，能够提高切削效率和加工质量。
4. 结论
本研究采用物理气相沉积（PVD）技术制备了高速钢表面的TiSiN基刀具涂层，并对其性能进行了研究。结果显示，该涂层具有较高的硬度、较低的摩擦系数和优异的切削性能，适用于高速切削加工。然而，需要进一步研究涂层的长期稳定性和刀具的寿命，以完善高速钢刀具涂层技术
表面技术 第53卷 第8期 ·40· SURFACE TECHNOLOGY 2024年4月
收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-07-29 Received：2023-05-08；Revised：2023-07-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51971148）；上海市自然科学基金资助项目（20ZR1455700）
Fund：The National Natural Science Foundation of China (51971148); Shanghai Natural Science Foundation (20ZR1455700) 引文格式：周琼, 王涛, 黄彪, 等. TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 40-51. ZHOU Qiong, WANG Tao, HUANG Biao, et al. Research Status and Progress of Improving Mechanical Properties of TiAlSiN Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 40-51. *通信作者（Corresponding author） TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展
周琼，王涛，黄彪*，张而耕，陈强，梁丹丹
（上海应用技术大学 上海物理气相沉积（PVD）超硬涂层及装备工程技术研究中心，上海 201418）
摘要：TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能，其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械
加工工具上。但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足，限制了其在严苛工况下的进一步应用。总结
了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施：涂层微观结构优化、膜层结构设计以及热处理工艺。对改
善涂层力学性能所涉及的细晶强化、共格效应、固溶强化以及模量差理论等机理进行了全面的描述，并详
硬质及超硬涂层的研究现状及发展趋势综述
姓名：马中红 学号：139024220
摘要：随着现代科学技术的不断进步，普通硬质涂层和超硬涂层有了显著的发展，部分涂层已经在某些领域实现了应用。主要介绍了氮化物、碳化物、氧化物、硼化物等普通硬质涂层和金刚石、类金刚石（DLC）、c BN、纳米多层结构涂层及纳米复合涂层等超硬涂层的性能、应用、制备技术及其发展趋势，并对部分常见涂层面临的性能改进及其今后可能的发展方向进行了探讨。
关键词：硬质涂层；超硬涂层；应用前景；研究进展
Abstract：As the advancements of modern science and technology，the
conventional hard and superhard coatings have achieved remarkable
development．Indeed，partial coatings even have been used in some filed．The
performance，applications，preparation technique and development tendency of the
conventional hard coatings of nitrides，carbides，oxidates and borides have been
introduced mainly，as well as superhard coatings of diamond，DLC，c BN，nano
multilayer and composite coatings．Moreover，the existing problems regarding to
performanceimprovement and feasible development trend henceforth of the partial
超硬纳米薄膜涂层技术在工具刃口涂覆中的应用研究
引言：
随着工业技术的不断发展，人们对工具的品质要求也越来越高。工具刃口的耐磨性和寿命是决定工具效能的重要指标之一。而超硬纳米薄膜涂层技术作为一种提高刃口硬度和耐磨性的方法，已经成为了现代工具刃口涂覆领域的研究热点。本文将重点探讨超硬纳米薄膜涂层技术在工具刃口涂覆中的应用研究。
一、超硬纳米薄膜涂层技术的基本原理
超硬纳米薄膜涂层技术是利用物理气相沉积技术在工具刃口表面形成纳米硬质薄膜的一种方法。该技术一般包括真空蒸发法、磁控溅射法和离子束法等。超硬纳米薄膜涂层技术的应用主要基于两个原理：一是薄膜具有较高的硬度和抗磨损性能；二是薄膜具有降低刃口摩擦系数和切削阻力的作用。通过在工具刃口表面形成纳米硬质薄膜，可以有效提高刃口的硬度、抗磨损性能和切削性能，从而延长工具的使用寿命。
二、超硬纳米薄膜涂层技术在工具刃口涂覆中的应用
1. 提高刃口硬度和耐磨性
超硬纳米薄膜涂层技术能够在工具刃口表面形成硬度更高的纳米薄膜，这使得刃口能够更好地抵抗磨损和切削压力。研究表明，利用该技术涂覆的工具刃口硬度可提高30%~50%，耐磨性能可提高2~10倍。这使得工具能够更长时间地保持锋利，减少了刃口磨损和更换频率，提高了工作效率和经济效益。
2. 降低切削阻力和摩擦系数 超硬纳米薄膜涂层技术能够减少工具刃口与被切削材料之间的接触面积和摩擦系数，从而降低切削阻力和热导率。研究表明，采用该技术涂覆的工具刃口，在切削过程中能够更有效地减少热的积聚和切屑的堆积，提高切削质量和工艺稳定性。同时，由于切削阻力的减小，工具刃口的磨损和热变形也大幅度降低，使得工具能够更长时间地保持锋利和精确度。
3. 增加工件表面光洁度和精度
超硬纳米薄膜涂层技术涂覆的工具刃口能够提高加工的光洁度和精度。这是由于纳米薄膜涂层能够填充和平整刃口表面不规则区域，填补毛刺，减少尖峰和微裂纹的存在。研究表明，采用该技术涂覆的工具刃口在加工过程中能够更好地抵抗机械冲击，并且减少切削力对工件表面的影响。这使得加工出的工件表面更加光滑、均匀，相对误差更小。
