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高能離子源清洗對AlCrN刀具涂層結(jié)構(gòu)及性能的影響
發(fā)布時間：2016-11-09
利用真空多弧離子鍍枝術(shù)制備的涂層已在刀具、模具、耐磨和防腐等領(lǐng)域取得卓有成效的應(yīng)用。AlCrN涂層因其高的生產(chǎn)效率和良好的使用性能被廣泛應(yīng)用于刀具行業(yè)。在高溫使用條件下可以形成Cr2O3和Al2O3這兩種致密氧化物，氧化溫度可以達(dá)到900攝氏度仍保持高硬度、高耐磨性、抗高溫氧化和與基材附著力好的性能。離子鍍膜技術(shù)的優(yōu)勢在于靶材的離化率高，涂層沉積效率快；所制備的涂層與襯底之間具有良好的附著力，并且結(jié)構(gòu)致密。
傳統(tǒng)的離子清洗技術(shù)一般利用Ar氣和高能離子（重金屬粒子Ti和Cr等離子）在較高的偏壓下（800-1000V）轟擊襯底表面的污物和使襯底表面有微觀的凹凸不平以增強(qiáng)涂層與襯底的附著力。本文與傳統(tǒng)離子轟擊基體的工藝不同，通過圓柱形Ti靶弧光放電產(chǎn)生Ti離子和電子，在軸助陽極的牽引下大量的離子進(jìn)行繞爐腔運動，激發(fā)爐內(nèi)Ar氣離子電離，產(chǎn)生高密度Ar離子在沉積之前轟擊基材表面，從而實現(xiàn)低偏壓狀態(tài)下對基材的清冼。本文研究不同清洗枝術(shù)對基體表面粗糙度以及膜基之間咐著力的影響，采用新型轟擊清洗技術(shù)對多弧離子鍍膜工藝的改進(jìn)具有重要意義。
涂層制備與檢測
利用掠入射X射線衍射儀（GIXRD）對涂層物相進(jìn)行檢測；利用臺階儀對涂層沉積后的試樣表面進(jìn)行3D形貌掃描；采用連續(xù)加載法對膜基結(jié)合力進(jìn)行檢測，起始載荷為0N，終止截荷為80N，加載速率為20N/min，劃痕速率為1mm/min；通過盤銷式（BOD)摩擦磨損儀對常溫狀態(tài)下涂層的摩擦系數(shù)進(jìn)行分析。
| 轟擊離子 | 柱形靶材電流 | 基體偏壓 | 轟擊時間 | 沉積時間 | |
| NC | Ar+ | 50A | 180V | 30min | 240min |
| TC | Ar+和Ti+ | 無 | 1000V | 30min | 240min |
實驗結(jié)果
CrN相有（111）、（200）、（220）和（311）方向的衍射峰。NC所有衍射峰相比于TC的衍射峰整體變強(qiáng)，說明新型離子清洗技術(shù)有效提高了CrN相的結(jié)晶度。物相檢測中未檢測出AlN相是因為Al原子以固溶物的形式存在于面心立方的CrN相中。
NC涂層的表面粗糙度為127.5±17nm，TC涂層的表面粗糙度為194.6±20nm。（a）中表面顆粒分布均勻，Ht為0.58微米；(b)中涂層表面大小顆粒分布集中區(qū)域明顯，Ht為0.91微米。采用新型離子清洗技術(shù)制備的涂層表面粗糙度和顆粒尺寸明顯低于傳統(tǒng)清洗工藝。
高能離子源技術(shù)制備的AlCrN涂層界面臨界失效載荷Lc2=48.7N。傳統(tǒng)離子轟擊技術(shù)所制備的涂層Lc2=35.6N圖3-3可明顯看出(a)抵抗涂層剝落的能力優(yōu)于(b)。在持續(xù)加載的過程中可以繼續(xù)保持抗力，避免涂層大面積剝落的發(fā)生。
摩擦磨損實驗中，NC摩擦系數(shù)低于TC，這和NC涂層低的表面粗糙度有很大關(guān)系。
（轉(zhuǎn)自安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、現(xiàn)代表界面工程研究中心，廣東工業(yè)大學(xué)先進(jìn)加工工具與高技術(shù)陶瓷研究中心文章）
（轉(zhuǎn)自安徽工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、現(xiàn)代表界面工程研究中心，廣東工業(yè)大學(xué)先進(jìn)加工工具與高技術(shù)陶瓷研究中心文章）
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