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磁控濺射TiAlTaN/TaO/WS復合涂層及其鈦合金的切削性能

748   編輯：中冶有色網   來源：杜菲菲,李超,李顯亮,周堯堯,閻庚旭,李國建,王強  
2024-04-17 08:59:57
鈦合金的比強度高、耐腐蝕和高溫性能優異，廣泛用于航空航天、生物醫學和石油化工等領域[1] 鈦合金是典型的難加工材料，其高化學反應活性使切削時易粘結，低導熱系數使切削時升溫過高[2] 在切削鈦合金刀具表面鍍耐磨涂層，是目前提高切削刀具壽命的常用方法 三元TiAlN涂層中的Al在切削時生成熱穩定性較好的Al2O3層，使涂層的抗氧化溫度達到800℃，具有較高的硬度和高溫抗氧化性能，是目前應用較為廣泛的涂層[3] 目前，采用多弧離子鍍制備的商用TiAlN涂層摩擦系數較高，達到0.8以上[4] 高摩擦系數使涂層與被加工件產生較高的摩擦熱，且隨著切削速度的提高而增加 切削速度為50 m/min時刀刃處的溫度為700℃，切削速度提高到100 m/min升至900℃[5] 切削溫度過高，使硬質合金刀具材料與涂層和被加工材料之間發生原子互擴散，刀具組織結構的變化使其力學性能降低[6] 切削溫度較高時極容易生成硬度高于被加工材料的切屑瘤，在加工件表面產生刮擦而降低加工質量[7] 同時，切削溫度過高使刀具發生熱軟化使其硬度降低，在加工過程中涂層容易剝落而產生溝槽磨損[8] 因此，降低涂層摩擦系數是解決切削熱使涂層失效的關鍵 為了降低涂層的摩擦系數，已經開展了許多有針對性的研究[9] 類金剛石(DLC)涂層，是摩擦系數約為0.1的固體潤滑涂層 DLC涂層的摩擦系數較低，但是其殘余應力較高、韌性差較和在高溫容易氧化分解[10] MoS2和WS2的摩擦系數較低，但是在高溫下MoS2比WS2更容易分解 低成本的WS2具有六方晶體層狀結構，較弱的層間范德華力使界面處容易發生滑移 因此，將WS2與硬質涂層復合，可制備出摩擦系數低于0.3的耐磨涂層[11,12] 磁控濺射制備的TiN-WS X /TiN多層涂層，其摩擦系數和磨損率約為純TiN涂層的30%[13]，但是其硬度較低(5 GPa) 同時，涂層與基體之間結構和硬度的不匹配使其結合力較低 因此制備兼具低摩擦系數和高結合力的硬質涂層，是一個亟待解決的問題 鑒于此，本文以TiAlTaN作為耐磨層、TaO層作為低粘結層以降低被加工件與涂層間的粘結作用，WS層作為低摩擦系數層，用磁控濺射方法制備TiAlTaN/TaO/WS低粘結與自潤滑功能復合涂層，研究這種功能復合對涂層形貌、摩擦系數、力學性能和鈦合金切削性能的影響 1 實驗方法1.1 復
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金屬材料 鈦合金
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