Højtemperaturfriktion og slitageadfærd ved AlCrN-belægning udarbejdet af katodisk Arc Ion Coating Technology

AlCrN-coating blev fremstillet på overfladen af TiC-keramisk skæreværktøj ved katodisk ionbelægningsmetode. Fraktionens friktion og slidadfærd under forskellige belastninger ved 900 ° C blev undersøgt ved kugle / fly-kontaktmetode. Slidsporingsprofilen og den mikroskopiske morfologi blev observeret ved scanningelektronmikroskopi. Ændringerne af kemiske elementer og faser på overfladen af belægningen efter slid blev analyseret ved energispredningsspektroskopi og røntgendiffraktion. Resultaterne viser, at alle N-elementer i belægningen frigives efter oxidering ved 900 ° C for at danne oxider af Al og Cr, hvilket forbedrer smøre- og slidegenskaberne. Coatningens gennemsnitlige friktionskoefficienter var 0.1455, 0.3939 og 0.4188 under belastningen på 600, 800 og 1000g. Det viste fremragende friktionsegenskaber ved belastning med 600g, og den er velegnet til præcisionsbearbejdning. Ved høje temperaturer udviser AlCrN-belægninger oxidativt slid, ledsaget af en lille mængde slibende slid og klæbemiddel.

Med udviklingen af højhastighedstog, høj præcision og effektiv tørskæring er overfladebelægningsteknologi den vigtigste måde at effektivt forbedre ydeevnen på. CrN belægning har fordelene ved høj hårdhed, høj slidstyrke og lavfriktionsfaktor. Det er meget udbredt i værktøjsoverflade modifikation. Arbejdstemperaturen på CrN belægning er imidlertid kun 650 ° C, som ikke er egnet til høj temperatur bearbejdning. CrN-krystal er en ansigtscentreret kubisk struktur. Efter tilsætning af Al-atomer er nogle Cr-atomer i CrN erstattet, og Al-atomer opløses i CrN-krystaller. Derefter ændres CrN-krystalstrukturen fra ansigt-centreret til sekskantet struktur, og dets mikrostruktur, mekaniske egenskaber og slidegenskaber blev påvirket betydeligt.

To slags kompakte oxider Cr2O3 og Al203 blev dannet i høj temperatur for at forbedre dens termiske stabilitet, antioxidationstemperaturen af den kan nå 900 ° C, og den kan stadig opretholde høj hårdhed, høj slidstyrke, høj temperaturoxideringsresistens og vedhæftning til substratet for god ydeevne, mener vi, at den er egnet til effektiv tørskæring af meget store ringgear. Forfatterne anvendte katodebueovertrækningsmetode til fremstilling af AlCrN-belægninger på overfladen af TiC-cermets og analysere dens friktion og slidadfærd ved 900 ° C, hvilket gav en teknisk reference til effektiv bearbejdning af superstore ringgear.

Testmetode

Basismaterialet er et TiC-baseret keramisk skæreværktøj, som er fremstillet ved sintring af TiN i nanometer-skala, der er blandet med TiC i TiC, hvor den hårde fase er TiC og TiN, og klæbemidlet er Ni. Dens kemiske sammensætning (masseforhold) er Ti51.26%, W19.55%, C12.92%, Ni7.63%, Co8.64%. Efter affedtning og sandblæsning blev prøven ultralydrenset med acetoneopløsning og dehydreret med vandfrit ethanol. Efter tørring i en ovn med konstant temperatur blev den overtrukket på en PVT belægningsmaskine. Ved anvendelse af 99,99% renhed af Cr og Al som mål, belægningsparametrene: vakuumgrad 3 × 10-3 Pa, ovnstemperatur 500 ° C, reaktionsgas N2, belægningstid 120 min. Brug N2 gas som beskyttelse efter annealing ved 180 ° C i 2 timer ved brug af acetone i KQ2200DE type NC ultralydsrensning og derefter ultralydsrensning med deioniseret vand og endelig tørret med en hårtørrer for at opnå den nødvendige prøve. Friktions-slidegenskaberne ved AlCrN-belægningen ved 900 ° C blev undersøgt af en HT-1000 højtryksfriktions- og slidstester. Testparametrene var: Hastighed på henholdsvis 600, 800 og 1000g, temperaturen var 900 ° C, og den blev justeret med en 30-trins programmerbar temperaturregulator. Nøjagtigheden er 0,2% FS (fuld skala), keramisk kugle bruges til slibende dele og friktionsradius er 3 mm, rotationshastighed er 1000r / min. Efter slidtesten blev overflademorfologien af belægningen før og efter høj temperatur slid observeret med et SUPRA55 scanningselektronmikroskop. Den kemiske sammensætning og faseændring af belægningen før og efter højtemperaturslitage blev analyseret ved hjælp af et scanningselektronmikroskop (EDS) og et D / max2500PC røntgendiffraktionsinstrument (XRD) til undersøgelse af slidfejlmekanismen af AlCrN-belægningen under høj temperatur.

Analyse og diskussion af resultater

Figur 1 (a) viser overflademorfologi af AlCrN-belægning ved stuetemperatur. Partiklerne på overfladen er forholdsvis små. Årsagen er, at sputtering udbyttet af Al mål øges, og belægningskernedannelsen øges tilsvarende. Overfladen af belægningen er forholdsvis glat, og der er mange pits af forskellige størrelser, hvilket skyldes den omvendte sputteringseffekt af belægningsoverfladen forårsaget af ionbombardement. Og i en vis grad reduceres overfladens rude af belægningen. AlCrN belægning kemiske elementer massefraktion: Al36,72%, Cr36,11%, N27,18%; atomfraktion: Al34.06%, Cr17.38%, N48.56%, som vist i figur 1 (b) nedenfor. AlCrN belægningssammensætning er Al, Cr og N tre elementer, forholdet mellem antallet af atomer tæt på 2: 1: 3, og det viser, at belægningen hovedsagelig består af nitrider af Al og Cr, hvilket er gavnligt for at forbedre hårdhed og oxidationsbestandighed af belægningen.

Fig. 1 Overflademorfologi og EDS analyse af AlCrN belægning

Konklusion

(1) Efter oxidation ved 900 ° C frigives alle N-elementer i belægningen, og Al203 og Cr203 dannes på overfladen. Blandt dem har Al2O3 oxid en friktionsreducerende effekt i slidprocessen. Cr2O3 forbedrer lagets hårdhed og slidegenskaber.

(2) Under virkningen af 600, 800 og 1000 g belastning er belægningens gennemsnitlige friktionskoefficient henholdsvis 0,1245, 0,3939 og 0,4188. Blandt dem udstilles fremragende friktionsegenskaber under en belastning på 600g, som er velegnet til præcisionsbearbejdning.

(3) I friktionsprocessen ved 900 ° C fremstilles en stor mængde oxider i coatingens slidør, som er forårsaget af diffusion af matrixatomer ved høje temperaturer, og den er kendetegnet ved oxidations slid, fulgt med en lille mængde slibende slid og klæbemiddel slid.