AlCrSiVN涂层的沉积等离子体性质及其高温自润滑行为研究

批准号:
51901048
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
吴正涛
依托单位:
学科分类:
E0103.金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
面向现代高速切削加工的硬质刀具涂层在高温服役环境下应具有高热稳定性、高硬度以及优异耐磨损性能。在高温服役环境下,AlCrN涂层存在高温氧化、硬度下降、摩擦系数大等问题,严重损害了AlCrN涂层的服役性能。对此,本项目拟制备AlCrSiVN纳米复合涂层,通过引入纳米复合结构与掺杂自润滑V组元的协同作用,赋予AlCrSiVN涂层表面兼具致密性、自润性以及高耐磨特性。研究多组元、纳米复合涂层的沉积等离子体性质,建立沉积等离子体性质与AlCrSiVN涂层其结构及性能之间的关联;研究高温下组元V在纳米复合结构中的扩散行为,探明V含量及纳米复合结构对AlCrSiVN涂层高温力学、高温氧化及高温摩擦磨损行为的影响机制;揭示AlCrSiVN涂层的高温抗氧化及耐磨减摩本质,为具有高温自润滑、耐磨减摩特性的高速干式切削刀具涂层的设计制备提供实验和理论指导。
英文摘要
Hard tool coatings using for modern high-speed machining should possess good thermal stability, high hardness and excellent wear resistance under high-temperature service condition. AlCrN based coatings suffer from a fast failure due to their oxidation, hardness degradation and high friction coefficient at high temperatures. Therefore, this project aims to design and fabricate the AlCrSiVN nanocomposite coatings. Both introductions of nanocomposite microstructure and V are used to improve the compactness, self-lubricating ability and wear resistance of the AlCrSiVN nanocomposite coatings. The plasma property during the coating deposition will be measured. The relationship between the plasma property, coating microstructure and performance will be discussed. The diffusion behavior of the V in the nanocomposite microstructure at high temperatures will be investigated. In addition, the influences of the V addition amounts and the nanocomposite structure to the mechanical property, oxidation and tribological performance of the AlCrSiVN coatings will be evaluated. The mechanisms for the self-lubrication of the AlCrSiVN coatings at elevated temperatures will be studied. The project findings will provide guidance on both design and fabrication of hard coatings with the properties of self-lubrication and high wear resistance.
回顾针对多组元、纳米复合结构硬质涂层的研究报道发现,沉积涂层时的等离子体性质对涂层结构及力学性能具有重要决定作用,即沉积等离子体性质(包括等离子体成分、离子能量及分布、发生响应时间、离子束流大小、离子/金属原子束流比、电子温度及束流等)对涂层相组成、组织结构及力学性能的有着重要影响。如何理清、建立沉积等离子体性质与涂层结构及性能之间的关联,是研究、理解多组元及纳米复合结构硬质涂层构性关联的关键科学问题。本文采用时间、能量分辨质谱仪对PVD薄膜沉积等离子体性质进行表征测试,获得大量第一手原始数据,并尝试建立等离子体性质与PVD薄膜构性关联。主要工作有:等离子体性质与PVD薄膜结构与性能演变关联、对比分析磁控溅射与电弧蒸发镀膜等离子体特性、对比分析直流磁控与高功率脉冲磁控溅射镀膜等离子体特性、等离子体特性调控与残余气体含量控制等。.本项目本项目针对钛合金材料的高速高效切削加工问题,进行新型高性能AlCrSiVN涂层刀具的应用基础研究,揭示涂层中V元素含量及纳米复合结构对涂层组织结构、氧化动力学、高温力学、高温摩擦学特性及涂层刀具切削性能的影响规律。探明了AlCrSiVN涂层的沉积等离子体特性,及涂层中Al、Cr、V等组元高温扩散行为、成分分布、涂层组织结构、应力状态、氧化层生长机理以及各相界面结构的高温演变规律,揭示a-Si3N4复合相含量及V元素含量对AlCrSiVN涂层高温力学、高温稳定性的影响机制。从氧化层的致密性、自润滑、高耐磨特性以及纳米复合硬质涂层的既硬且韧性能协同作用出发,探明AlCrSiVN纳米复合硬质涂层的高温耐磨减摩机制。阐明添加V元素对面向钛合金高速加工用AlCrSiVN涂层刀具实际高速切削性能的影响规律,确定AlCrSiVN涂层刀具的最优使用工艺,探索高速硬铣削加工工艺、刀具寿命和硬铣削加工质量之间内在相互影响规律。
期刊论文列表
专著列表
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A Comparative Investigation of Mechanical Properties of TiB2/Cr Multilayer Film by Indentation
TiB2/Cr多层薄膜压痕力学性能对比研究
DOI:10.3390/magnetochemistry8110148
发表时间:2022-11
期刊:Magnetochemistry
影响因子:2.7
作者:Simeng Chen;Zhengtao Wu;Qimin Wang
通讯作者:Qimin Wang
Improving oxidation and wear resistance of TiB2 films by nano-multilayering with Cr
Cr纳米多层膜提高TiB2薄膜的抗氧化性和耐磨性
DOI:10.1016/j.surfcoat.2022.128337
发表时间:2022-03
期刊:Surface and Coatings Technology
影响因子:5.4
作者:Zhengtao Wu;Rongli Ye;Babak Bakhit;Ivan Petrov;Lars Hultman;Grzegorz Greczynski
通讯作者:Grzegorz Greczynski
Investigation on plastic deformation of arc-evaporated AlCrSiN and AlCrSiON nanocomposite films by indentation
压痕法研究电弧蒸发 AlCrSiN 和 AlCrSiON 纳米复合薄膜的塑性变形
DOI:10.1016/j.surfcoat.2022.128570
发表时间:2022
期刊:Surface and Coatings Technology
影响因子:5.4
作者:Zhengtao Wu;Jing Huan;Dongsen Geng;Rongli Ye;Qimin Wang
通讯作者:Qimin Wang
DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128337
发表时间:2022
期刊:Surface and Coatings Technology
影响因子:--
作者:Zhengtao Wu;Rongli Ye;Babak Bakhit;Ivan Petrov;Lars Hultman;Grzegorz Greczynski
通讯作者:Grzegorz Greczynski
In situ nanoindentation measurements of arc-evaporated Cr0.49Al0.51N, Al0.66Ti0.34N, and Al0.65Ti0.33Y0.02N films up to 800 °C
在高达 800 °C 的温度下对电弧蒸发 Cr0.49Al0.51N、Al0.66Ti0.34N 和 Al0.65Ti0.33Y0.02N 薄膜进行原位纳米压痕测量
DOI:10.1116/1.5138723
发表时间:2020-01
期刊:Journal of Vacuum Science and Technology B: Nanotechnology and Microelectronics
影响因子:--
作者:Wu Zhengtao;Wang Qimin;Kim Kwang Ho
通讯作者:Kim Kwang Ho
基于等离子体性质调控策略设计c-
TiAlSiN涂层结构及性能研究
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:吴正涛
- 依托单位:
高铝AlCrON纳米复合涂层的HiPIMS制备及其塑性变形行为研究
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:吴正涛
- 依托单位:
国内基金
海外基金
