Reibungs-und Abnutzungs-Verhalten der hohen Temperatur der AlCrN-Beschichtung vorbereitet durch kathodische Bogen-Ionen-Beschichtungs-Technologie

Die AlCrN-Beschichtung wurde auf der Oberfläche des TiC-Keramikschneidwerkzeugs durch ein kathodisches Ionenbeschichtungsverfahren hergestellt. Das Reibungs- und Verschleißverhalten der Beschichtung bei unterschiedlichen Belastungen bei 900 ° C wurde mittels Kugel-Kontakt-Verfahren untersucht. Das Verschleißspurenprofil und die mikroskopische Morphologie wurden durch Rasterelektronenmikroskopie beobachtet. Die Veränderungen der chemischen Elemente und Phasen auf der Oberfläche der Beschichtung nach dem Tragen wurden durch Energiestreuungsspektroskopie und Röntgenbeugung analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass nach Oxidation bei 900 ° C alle N Elemente in der Beschichtung freigesetzt werden, um Oxide von Al und Cr zu bilden, was die Schmier- und Verschleißeigenschaften verbessert. Die durchschnittlichen Reibungskoeffizienten der Beschichtung betrugen 0,1455, 0,3939 und 0,4188 bei einer Belastung von 600, 800 und 1000 g. Es zeigte ausgezeichnete Reibungseigenschaften, wenn es mit 600 g belastet wurde und es ist für die Präzisionsbearbeitung geeignet. Bei hohen Temperaturen zeigen AlCrN-Beschichtungen einen oxidativen Verschleiß, begleitet von einem geringen Abrieb und Verschleiß.

Mit der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-, Hochpräzisions- und effizienten Trockenschneidverfahren ist die Oberflächenbeschichtungstechnologie der wichtigste Weg, um die Werkzeugleistung effektiv zu verbessern. CrN-Beschichtung hat die Vorteile von hoher Härte, hoher Verschleißfestigkeit und niedrigem Reibungsfaktor. Es ist weit verbreitet in der Werkzeugoberflächenmodifikation verwendet. Die Arbeitstemperatur der CrN-Beschichtung beträgt jedoch nur 650 ° C, was für die Hochtemperaturbearbeitung nicht geeignet ist. Der CrN-Kristall ist eine flächenzentrierte kubische Struktur. Nach Zugabe von Al-Atomen werden einige Cr-Atome in CrN ersetzt und Al-Atome in CrN-Kristallen gelöst. Dann ändert sich die CrN-Kristallstruktur von der flächenzentrierten zur hexagonalen Struktur, und ihre Mikrostruktur, mechanischen Eigenschaften und Verschleißeigenschaften wurden signifikant beeinflusst.

Zwei Arten von kompakten Oxiden Cr2O3 und Al2O3 wurden bei der hohen Temperatur gebildet, um ihre thermische Stabilität zu erhöhen, die Antioxidationstemperatur kann 900 ° C erreichen, und sie kann immer noch eine hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit, Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit beibehalten Haftung auf dem Substrat für eine gute Leistung, wir glauben, dass es für das effiziente Trockenschneiden von sehr großen Zahnrädern geeignet ist. Die Autoren verwendeten das Kathoden-Lichtbogen-Ionenbeschichtungsverfahren, um AlCrN-Beschichtungen auf der Oberfläche von TiC-Cermets herzustellen und ihr Reibungs- und Verschleißverhalten bei 900 ° C zu analysieren, was eine technische Referenz für die effiziente Bearbeitung von supergroßen Hohlrädern war.

Testmethode

Das Basismaterial ist ein keramisches Schneidwerkzeug auf TiC-Basis, das durch Sintern von TiN im Nanometerbereich, gemischt mit TiC in Mikrogröße, hergestellt wird, wobei die harte Phase TiC und TiN ist und der Klebstoff Ni ist. Seine chemische Zusammensetzung (Massenverhältnis) ist Ti51,26%, W19,55%, C12,92%, Ni7,63%, Co8,64%. Nach dem Entfetten und Sandstrahlen wurde die Probe mit Acetonlösung mit Ultraschall gereinigt und mit wasserfreiem Ethanol dehydratisiert. Nach dem Trocknen in einem Ofen mit konstanter Temperatur wurde es auf eine PVT-Beschichtungsmaschine aufgetragen. Unter Verwendung von 99,99% Reinheit von Cr und Al als Targets wurden die Beschichtungsparameter: Vakuumgrad 3 × 10 -3 Pa, Ofentemperatur 500 ° C, Reaktionsgas N 2, Beschichtungszeit 120 min. Unter Verwendung von N & sub2; -Gas als Schutz nach 2-stündigem Glühen bei 180ºC unter Verwendung von Aceton in der Ultraschallreinigung KQ2200DE Typ NC und anschließender Ultraschallreinigung mit entionisiertem Wasser und schließlich Trocknen mit einem Haartrockner, um die erforderliche Probe zu erhalten. Die Reibungsverschleißeigenschaften der AlCrN-Beschichtung bei 900 ° C wurden mit einem Hochtemperatur-Reibungs- und Verschleißtester HT-1000 untersucht. Die Testparameter waren: Belastung von 600, 800 bzw. 1000 g, die Temperatur betrug 900ºC und sie wurde durch einen programmierbaren Temperaturregler mit 30 Stufen eingestellt. Genauigkeit ist 0.2% FS (volle Skala), keramische Kugel wird für das Abschleifen der Teile benutzt und Friktionsradius ist 3mm, Umdrehungsgeschwindigkeit ist 1000r / min. Nach dem Verschleißtest wurde die Oberflächenmorphologie der Beschichtung vor und nach Abnutzung bei hoher Temperatur mit einem SUPRA55-Rasterelektronenmikroskop beobachtet. Die chemische Zusammensetzung und Phasenänderung der Beschichtung vor und nach der Abnutzung bei hoher Temperatur wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (EDS) und einem D / max2500PC-Röntgenbeugungs (XRD) -Instrument analysiert, um den Verschleißminderungsmechanismus der AlCrN-Beschichtung unter Hoch zu untersuchen Temperatur.

Analyse und Diskussion der Ergebnisse

Fig. 1 (a) zeigt die Oberflächenmorphologie der AlCrN-Beschichtung bei Raumtemperatur. Die Partikel auf der Oberfläche sind relativ klein. Der Grund dafür ist, dass die Sputterausbeute von Al-Target zunimmt und die Beschichtungsnukleationsrate dementsprechend ansteigt. Die Oberfläche der Beschichtung ist relativ glatt, und es gibt viele Grübchen unterschiedlicher Größe, die aufgrund des umgekehrten Sputtereffekts der Beschichtungsoberfläche durch Ionenbeschuss verursacht werden. Und zu einem gewissen Grad ist die Oberflächenrauheit der Beschichtung reduziert. Massenanteil der chemischen Elemente der AlCrN-Beschichtung: Al36,72%, Cr36,11%, N27,18%; Atomfraktion: Al34,06%, Cr17,38%, N48,56%, wie in Fig. 1 (b) unten gezeigt. AlCrN Beschichtungszusammensetzung ist Al, Cr und N drei Elemente, das Verhältnis der Anzahl der Atome in der Nähe von 2: 1: 3, und das zeigt, dass die Beschichtung hauptsächlich aus Nitriden von Al und Cr besteht, die für die Verbesserung der Härte und Oxidationsbeständigkeit der Beschichtung.

Abb.1 Oberflächenmorphologie und EDS-Analyse der AlCrN-Beschichtung

Fazit

(1) Nach der Oxidation bei 900 ° C werden alle N Elemente in der Beschichtung freigesetzt und Al 2 O 3 und Cr 2 O 3 werden auf der Oberfläche gebildet. Unter diesen wirkt Al2O3-Oxid reibungsvermindernd im Verschleißprozess. Cr2O3 verbessert die Schichthärte und die Verschleißeigenschaften der Beschichtung.

(2) Unter der Einwirkung von 600, 800 und 1000 g Belastung beträgt der durchschnittliche Reibungskoeffizient der Beschichtung 0,1455, 0,3939 bzw. 0,4188. Unter ihnen zeigen sich ausgezeichnete Reibungseigenschaften unter einer Last von 600 g, was für eine Präzisionsbearbeitung geeignet ist.

(3) Im Reibprozess bei 900 ° C wird eine große Menge an Oxiden in den Verschleißnarben der Beschichtung erzeugt, die durch die Diffusion der Matrixatome bei hohen Temperaturen verursacht wird, und es zeichnet sich durch Oxidationsabrieb aus durch eine geringe Menge abrasiven Verschleiß und Adhäsionsverschleiß.