【摘 要】
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本文利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备CrxAlyY1-x-yN镀层,并于真空和热氧化条件下对其进行不同温度的退火处理。采用XRD,SEM,XPS,TEM,维氏显微硬度计、纳米压入,激光共聚焦等测试方法分析不同退火温度镀层的微观结构和力学性能的变化规律,并结合镀层的切削热磨损实验和微粒冲蚀磨损实验探讨了镀层微观结构稳定性对镀层磨损性能的影响机制。研究结果表明:随着真空和热氧化退火温度的升高,镀
【基金项目】
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四川省腐蚀与防护重点实验室开放基金项目（2013CL02）；
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本文利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备CrxAlyY1-x-yN镀层,并于真空和热氧化条件下对其进行不同温度的退火处理。采用XRD,SEM,XPS,TEM,维氏显微硬度计、纳米压入,激光共聚焦等测试方法分析不同退火温度镀层的微观结构和力学性能的变化规律,并结合镀层的切削热磨损实验和微粒冲蚀磨损实验探讨了镀层微观结构稳定性对镀层磨损性能的影响机制。研究结果表明:随着真空和热氧化退火温度的升高,镀层的力学性能都在下降,但450℃以上,氧化是其主要影响因素;450℃之前,氧化不是镀层性能下降的主要影响因素;在低于500℃的低温阶段,镀层晶粒长大越慢、回复再结晶程度越小、镀层相结构变化越小,镀层的微观结构越稳定。其中,退火温度升高至400℃时,Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层晶粒尺寸增加20%,N元素流失8.55%;Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层晶粒尺寸增加45%,N元素流失13.52%,Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层微观结构的热稳定性优于Cr0.636Al0.10Y0.264N,镀层。相应的Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层的硬度及断裂韧性分别下降了 13.3%和29.4%;Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层的硬度和断裂韧性分别下降21%和41.2%。说明微观结构越稳定,镀层力学性能的热稳定性越好。切削磨损实验中,热稳定性依次降低的Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层钻头、Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层钻头和高速钢钻头的寿命依次为277个、267和86个。切削刃后刀面观察可知无镀层钻头有明显黏着和氧化现象,镀层钻头后刀面磨损轻微,镀层热稳定性越好,后刀面热磨损形貌越不明显。对Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层钻头进行300℃和500℃退火后,镀层刀具寿命分别下降了 3.6%和16%,这与镀层力学性能随温度衰减程度呈正相关性。冲蚀磨损实验中,300℃和500℃退火后,两种镀层的冲蚀磨损性能均降低,其中Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层冲蚀磨损深度分别增加了 20%和60%,冲蚀磨损率分别升高了11.5%和38%,Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层冲蚀磨损深度分别增加了 36%和80%,冲蚀磨损率分别升高了 35%和43.3%,可见,500℃比300℃影响大;在相同温度下,热稳定性更好的Cr0.768Al0.15Y0.082N镀层磨损性能优于Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层。但是Cr0.768Al0.15Y0.082N和Cr0.636Al0.10Y0.264N镀层冲蚀失效形式均是以非脆性开裂剥落的减薄形式发生,更强调镀层的韧性稳定性。
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