增强二元组合源法制备机制及多元、纳米涂层刀具应用基础研究

The coating technology is to improve the cutting performance is one of the key technologies, the current PVD technology in our country and the international advanced level there is a huge gap, and has long been the restriction of foreign technology. The project is based on previous research results (TiAlN coating has reached the international level ), using a new, unique filament plasma enhanced magnetron sputtering source, and with the ion evaporation source integration for two yuan a combination of source technology, in the cemented carbide cutting tools to achieve multiple composite membrane, nanometer multilayer film preparation; study of the adjuvant enhanced plasma characteristics, establishment of plasma intensity distribution model; through the AlTiCrN, AlCrSiN, AlTiLaN composite film, TiN / AlN nano membrane preparation, study its film forming mechanism and characteristics of the Ti, Cr, Zr; transition layer method, according to the film, study the phase structure and mechanical properties of exploration of the nucleation, growth mechanism, establish the physical and mathematical model of thin film growth; on the corresponding coating tool wear, tool wear and breakage mechanism, explore the transition layer material, the types of the films, film structure, bonding force, film thickness correlation, industrialized preparation condition and rule induction. The project will contribute to our country 's innovation and development of cutting tool coating technology, reached the international advanced level.

涂层技术是提高数控刀具切削性能的关键技术之一，目前我国PVD技术与国际先进水平存在巨大差距，并长期受到国外技术的制约。本项目基于前期预研的成果（TiAlN涂层已达到国际水平），利用一种全新的、独特的灯丝等离子体辅助增强磁控溅射源，并与离子蒸镀源集成为二元组合源的技术，在硬质合金刀具上实现多元复合膜、纳米多层膜的制备；研究本辅助增强等离子体的特点，建立等离子体区强度分布模型；通过AlTiCrN、AlCrSiN、AlTiLaN多元复合膜、TiN/AlN纳米膜的制备，研究其成膜机制和特性；采用Ti、Cr、Zr过渡层方法，针对上述薄膜，研究其物相结构及力学性能，探索其形核生长机理，建立薄膜生长的物理数学模型；研究相应的涂层刀具磨损、破损机理，探究刀具磨损与过渡层材料、薄膜种类、膜层结构、膜基结合力、膜厚的相关性，归纳工业化制备条件和规律。本项目将有助于我国刀具涂层技术的创新发展，达到国际先进水平。

本项目通过灯丝等离子体辅助增强磁控溅射源、离子蒸镀源的集成，利用二元组合源技术的特点，对多元复合膜、纳米多层膜的成膜机理、特性进行了研究与分析。.通过钛铝基薄膜的制备，揭示了灯丝等离子体对薄膜生长的影响机理，建立了辅助增强等离子体的空间分布模型，归纳了蒸发、沉积的特性。.建立了AlTiCrN、AlCrSiN、AlTiLaN四元薄膜的生长模式。发现了通过微量元素加入，可实现对钛铝基薄膜物相结构的调控，物相结构的形态与薄膜的力学性能相关，主要体现在薄膜的硬度及耐磨性能等方面。.通过调整Ti靶、Al靶的溅射电流，合成了一系列TiN/AlN纳米多层膜，表现出不同的物相结构，Al含量较高时，对薄膜的物相结构影响更为明显；Ti靶溅射电流较高时，薄膜的生长速率更高；与Al靶溅射电流相比，Ti靶溅射电流高时，合成的TiN/AlN硬度更高。.利用离子蒸镀源研究了Ti、Cr、Zr 过渡层对TiAl薄膜生长方式、物相结构、机械性能的影响。研究发现，Ti过渡层表面薄膜为连续的柱状晶形态生长，形貌为典型的柱状晶；Cr过渡层对薄膜和基体有一定程度的渗透，Cr过渡层薄膜较Ti过渡层具有更好的结合力，薄膜的生长方式受到过渡层的影响，Cr过渡层表面薄膜为非连续的形态生长，晶体形貌介于柱状晶和等轴晶之间；以金属Zr作为过渡层的薄膜系统与Ti过渡层薄膜系统和无过渡层相比，其性能也发生了一定变化，主要表现为，Zr/TiAlN薄膜体系硬度和硬模比均较Ti/TiAlN和TiAlN高，具有更好的膜基结合力，薄膜硬模比和膜基结合力同步提高。.多元、纳米结构薄膜的磨损机理研究，包括涂层硬质合金刀具的摩擦、磨损和破损机制。选择以Cr作为过渡层的AlCrLaN-DLC 、AlCrN/WNx-DLC、AlCrN/WNx-ZrN、AlCrN/WNx-TiN、AlCrN/MoCx-DLC、AlCrN/MoCx-TiN、 AlCrN/MoCx-ZrN为主，研究和分析了其复合薄膜的性能和强化机理；对管螺纹车刀片表面涂层，研究其车削镍基高温合金的切削性能及磨损机理，及对切削力、切削温度、摩擦磨损的影响，归纳了辅助增强磁控溅射与离子蒸镀技术集成的二元组合源技术工业化制备的条件和规律。.本项目获得授权发明专利2项，发表8篇科学论文，其中2篇SCI。