V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为

• 作者: 齐帆 张玉鹏 王振玉 汪爱英 王铁钢 柯培玲
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: V-Al-C-N 宽温域润滑 力学性能 非晶包裹纳米晶 V2O5
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 专题——高速加工刀具涂层技术|Special Topic—High-speed Machining Tool Coating Technology
• 页码范围: 77-85
• 页数: 9页
• 分类号: TG174.442|TH117
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.02.008

摘要

目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层.方法 采用三靶磁控共溅射技术,通过改变石墨靶材的溅射功率,调控不同润滑相的配比,制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层.利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机,对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测.采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌,并分析其磨损机理.结果 制备了具有优异性能的V-Al-C-N纳米复合刀具涂层.当涂层中C原子数分数为29.40％时,涂层的硬度和弹性模量分别高达36.3 GPa和370.5 GPa.在室温(RT)～650℃宽温域范围内,涂层具有稳定、良好的摩擦学性能.RT条件下,涂层中的磨痕很浅,摩擦因数(COF)为0.43;在300℃工作时,对比VAlN涂层,其非晶包裹纳米晶的结构使得掺C后的COF降低了14％,至0.72,磨损机理包含磨粒磨损和氧化磨损;650℃条件下,磨痕出现大量犁沟,大量磨屑在摩擦轨道两侧被压实,此时氧化反应明显加剧,涂层表面生成V2O5润滑相,摩擦因数稳定在0.35.结论 采用三靶磁控共溅射技术,在VAlN涂层中引入不同含量的C,可提高其力学性能,并在一定程度上降低涂层的高温摩擦因数.不同温度条件下摩擦因数的变化与涂层的磨损机制有关.