PCVD-TiN,TiAlN及TiSiN涂层的抗高温氧化性能
CVD TiC―TiN多层涂层与TiC及TiN单层涂层摩擦学性能的比较
CVD TiC―TiN多层涂层与TiC及TiN单层涂层摩擦学性能的比较CVD TiC-TiN多层涂层是一种具有很高应力和优良耐磨性能的表面涂层，以其超越传统单层涂层的摩擦学性能而备受青睐。
本文旨在比较CVD TiC-TiN多层涂层与TiC及TiN单层涂层的摩擦学性能，以探究其优劣之处。
实验采用球-板式滑动试验机对三种不同涂层进行了摩擦学性能测试。
实验采用固定负载和流体润滑的方式，测试三种涂层在相同试验条件下的摩擦力和磨损率。
实验结果表明，在相同负载和润滑条件下，CVD TiC-TiN多层涂层比TiC单层涂层表现出更低的摩擦力和更小的磨损率。
这是由于CVD TiC-TiN多层涂层的多层结构可以分布应力，降低了涂层的内应力，使其更加耐磨损、抗氧化，提高了表面的抗锈蚀性能。
同时，CVD TiC-TiN多层涂层具有更高的硬度和强度，从而使其更加抗磨损。
与此相比，TiN单层涂层表现出了很差的摩擦学性能，其摩擦力更高且磨损率更大。
这是由于TiN单层涂层具有较大的内应力和低硬度，容易受到表面破坏，并且在滑动试验中，往往产生大量的热量，使其表面更容易被氧化和失效。
综合来看，CVD TiC-TiN多层涂层因其多层结构、高硬度和抗磨损、抗氧化的性能表现出了明显的优势，比单层涂层更适用于高摩擦、高磨损和高温工作环境下的表面保护和涂层装备制造应用。
因此，本研究的实验结论有望为未来涂层和摩擦学领域的进一步研究提供有价值的参考。
除了在表现出更好的摩擦学性能方面，CVD TiC-TiN多层涂层还具有其他不同的优势。
首先，由于CVD TiC-TiN多层涂层的多层结构，它的厚度和组成可以在一定范围内进行控制，这使得它的应用范围更广泛，能够适应不同的使用环境和涂层需求。
其次，CVD TiC-TiN多层涂层可以通过控制合金成分、温度和气氛等参数得到优良的性能，因此在区别于TiC和TiN单层涂层的同类复合涂层中也有很高的应用前景。
此外，CVD TiC-TiN多层涂层还具有一定的生产成本优势，因为其采用化学气相沉积技术（CVD）进行制备，可以在一定程度上降低制备成本。
双极板表面纳米晶TiN和TiSiN涂层耐蚀性能研究
１ Ｔ Ｃ ４合 金 基体 、纳 米 晶 Ｔ ｉ Ｎ 和 Ｔｉ Ｓ ｉ Ｎ涂 层 的耐 腐 蚀 性 个 数 量级 。这些数 据 表 明 ， 在模 拟 的 电池 环境 下 ， 纳米晶 Ｔ ｉ Ｎ
能 分 析 １． １ 动 电位 极 化 曲线 测试
和Ｔ ｉ Ｓ ｉ Ｎ涂层 表 现 出 明显 的钝 化性 ， 能够 很 好 地起 到 保 护 基
三 种试 样都 表 现为 一条 弧线 ， 该 弧线 被称 为 容抗 弧 ， 它 的半 径大 小 能 够 反 映试 样 在 电化 学 反应 中 阻碍 电荷 转 移 能
Ｔ ｉ Ｓ ｉ Ｎ涂层 ＞ 层 具有 较 宽 的钝 化 区间 。在 施加 相 同的 电压 下 ， 纳米 晶 Ｔ ｉ Ｎ 力 的强 弱 。三 种试 样 的容 抗弧 半径 大小 顺序 为 ： ｉ Ｎ涂 层 ＞ Ｔ Ｃ ４合 金 ，而 Ｔ ｉ Ｎ和 Ｔ ｉ Ｓ ｉ Ｎ涂 层 的 容 抗 弧 半 径 比 和Ｔ ｉ Ｓ ｉ Ｎ涂层 的腐 蚀 电流 密度 要 明显低 于 Ｔ Ｃ ４合 金 。表 １给 Ｔ
Ｃ ４合 金大 了约 ３个 数量 级 。Ｔ Ｃ ４合 金 的 阻抗模 值 一 频 率 曲 出 了三 种 试 样 在 上 述 两 种模 拟 环 境 中 的动 电位 极 化 参 数 。 Ｔ 从 表 中数 据 可 知 ，在 模 拟 电池 阴极 和 阳极 环境 下 ，纳 米 晶 线 在 １ ～ １ ０ ０ ０ Ｈ ｚ之 间近 似 一条 斜 率 为 负值 的直 线 段 ， 该 直线
体 组 织不 受 到 腐 蚀 溶 液 的侵 蚀 ＿ １ ． ， 保 护 效率 （ Ｐ ｅ ） 高达 ９ ９ ％
以上 ， 而 Ｔ ｉ Ｓ ｉ Ｎ涂 层在 两 种 模 拟环 境 下 表现 出 比 Ｔ ｉ Ｎ涂 层 更
１ ． ２ 交 流 阻抗 测 试
阴极电弧离子镀TiAlSiN涂层的高温抗氧化性能研究
致密、完整、连续的Al 2O 3保护膜，提高了涂层的 高温抗氧化性[11-13]。研究表明[14-19]TiAlSiN 涂层的微 观结构以及Si、Al元素的含量变化，涂层晶粒结构 a-Si 3N 4的变化，都会导致其力学特性以及切削性 能不同，高温条件下的热稳定性和抗氧化能力也差 异明显。为此，本文的实验研究利用阴极电弧离子 镀在硬质合金基体表面沉积TiAlSiN涂层，并在不 同温度下测试了TiAlSiN涂层的抗氧化特性，观察 不同温度下涂层的氧化程度及显微结构，并通过与 TiN、AlTiN涂层进行对比，研究TiAlSiN涂层的高 温抗氧化性能。
（上海应用技术学院机械工程学院，上海 201418）
摘 要：采用阴极电弧离子镀工艺在硬质合金基体表面沉积TiAlSiN涂层，在箱式电阻炉内对涂层进行了高温抗氧化实验，分
Hale Waihona Puke 析了涂层高温氧化后的表面形貌、断口形貌以及组织成分，并将TiN、AlTiN涂层式样的氧化行为进行对比。结果表明：800 ℃时，TiN、AlTiN涂层均已受到不同程度的氧化破坏，TiN涂层已经失效，TiAlSiN涂层的断口组织均匀，连续性好。通过 能谱分析，引入Si元素涂层表面氧化率低于TiN、AlTiN涂层，使得TiAlSiN涂层的抗氧化性能更好。同时，TiAlSiN涂层在 1000 ℃开始发生氧化破坏，基体边缘受损。
in box resistor-stove, the investigation of surface morphology, microstructure, and composition after coating oxidation were carried out, and the oxidation behaviors of TiN and AlTiN were compared. The results show that both the TiN and AlTiN coatings have different levels of oxidative damage at 800 °C, TiN coatings have been subject to failure, while the TiAlSiN coatings have uniform fracture structure and good continuity. It’s suggested by EDAX that the oxidation rate of the coating surface was lower than AlTiN coatings with the addition of Si, and TiAlSiN coatings show better high temperature oxidation behavior. Moreover, TiAlSiN coating samples were staring to oxidize at 1000°C and its substrate’s edge was damaged.
镀钛锯片常用的涂层分别有哪些：大理石锯片
切削或成形工具可获得很不错的加工效果。
LHT-TiN 钛涂层高速钢圆锯片（金色）采用的就
是 TiN 涂层。碳化钛涂层（TiCN）TiCN 涂层中添
加的碳元素可提高硬度并获得更好的表面润滑 性，是高速钢的理想涂层。YDL-TiCN 高速钢圆锯
已经准备好迎接另一种身份，重新出现在丹尼的
片（五彩色）采用的就是 TiCN 涂层。铝钛或氮
钛铝涂层（TiAlN/AlTiN）TiAlN/AlTiN 涂层中形
成的氧化铝层可以有效提高的高温涂层。根据涂层中所含铝和钛的比例不同，
AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，
改善。LHT-CrN 高速钢圆锯片（黑色）采用的就
是 CrN 涂层。化钛涂层（Supernitride）超级氮
化钛涂层有很高的含铝量，可形成稳定的氧化层 (氧化温度达 1000℃)，它比一般的 TiAlN 涂层更
已经准备好迎接另一种身份，重新出现在丹尼的
硬、更致密、更耐高温，适用于高速切削、干式
因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。 HNS-TIALN 高速钢圆锯片（紫蓝色）采用的就是
已经准备好迎接另一种身份，重新出现在丹尼的
TIALN 涂层。氮化铬涂层（CrN）CrN 涂层良好的
抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为
首选涂层。涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速 钢或硬质合金和成形工具的加工性能将会大大
切削和硬切削的，可加工硬度高达 58HRC 以上的
淬火钢。
2dn0f2c9b 大理石锯片陶瓷锯片，大理石锯片，马赛克锯片，金刚石锯片，金刚石工具，石材加工工具
刀具涂层材料综述2
机加工刀具涂层材料综述王晓宏（陕西工业职业技术学院机械工程学院，陕西咸阳712000）摘要：机加工涂层刀具的出现是刀具材料发展中的一次革命, 工业发达国家使用的涂层刀具在切削刀具中占的比例越来越大，约占到70%～80%，涂层刀具已经成为现代刀具的标志。
本文主要介绍单涂层、多元涂层、多层涂层、纳米技术涂层、超硬材料涂层、软涂层等刀具涂层材料的性能，特点及应用，为提高加工效率和刀具耐用度打下坚实基础。
关键词：涂层月牙洼磨损纳米技术磨损Summary of tool coating materialwangxiaohong（shaanxi polytechnic institute,xianyang 712000）Abstract: The emergence of coated tools is the development of a tool material revolution, industrial countries the use of coated tools in cutting tools account for an increasing proportion, about 70% to 80%, coated cutting tools has become a modern tool sign.This paper describes a single coating, multiple coatings, multilayer coatings, nano-technology coating, hard material coating, soft coating and other coating materials, cutting tool performance, features and applications, to improve processing efficiency and tool durability and lay a solid foundation. Keywords: coating；Crater wear；Nanotechnology；Wear and tear涂层刀具是利用气相沉积方法在高强度的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面涂覆几个微米的高硬度，高耐磨性的难熔金属或非金属化合物涂层而获得的。
钛合金表面抗高温氧化TiAl3-Al 复合涂层的制备
钛合金表面抗高温氧化TiAl3-Al 复合涂层的制备∗杨文瀑;刘敏;邓春明【期刊名称】《材料研究与应用》【年(卷),期】2016(010)001【摘要】采用低温超音速火焰喷涂(LT-HVOF)在钛合金(Ti6Al4V)基体表面制备纯Al 涂层后进行真空热处理,获得了厚度约300μm的TiAl3-Al复合涂层,并对该涂层在700℃下长时间高温氧化行为进行了研究,用 SEM,EDS和 XRD分析了涂层的形貌、成分及相组成。
结果表明：低温超音速火焰喷涂制备的纯 Al涂层结构较为致密,但存在少量的微孔洞,经真空热处理后的纯 Al涂层与钛合金基体间在界面处形成了TiAl3互扩散层；再700℃下静态氧化时,随着时间的增加,涂层表面形成了一层薄而致密的Al2 O3和TiO2的混合氧化层,而涂层中纯Al与基体中的Ti互扩散逐渐转变为TiAl3；氧化约5 h后涂层进入稳态氧化阶段,高温氧化500 h 后涂层未出现剥落等现象,表明 TiAl3-Al 复合涂层能显著提高Ti6Al4V合金的抗高温氧化性能。
【总页数】6页(P22-27)【作者】杨文瀑;刘敏;邓春明【作者单位】广东工业大学材料与能源学院，广东广州 510006; 广东省新材料研究所，广东广州 510650; 现代材料表面工程技术国家工程实验室，广东广州510650;广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006; 广东省新材料研究所，广东广州 510650; 现代材料表面工程技术国家工程实验室，广东广州 510650;广东省新材料研究所，广东广州 510650; 现代材料表面工程技术国家工程实验室，广东广州 510650【正文语种】中文【中图分类】TG174.44【相关文献】1.TC4钛合金表面激光熔覆法制备Y2O3颗粒增强Ni/TiC复合涂层 [J], 张可敏;邹建新;李军;于治水;王慧萍2.激光重熔制备TA1表面Ni/Al复合抗高温氧化涂层 [J], 李德元; 王进3.TC4钛合金表面WSi2/W5Si3复合涂层制备及性能研究 [J], 吴龙;马捷;魏建忠;李洪义4.钛合金表面化学气相沉积钼复合涂层制备工艺 [J], 程文涛;马捷;魏建忠;李洪义;吴龙5.C/C-SiC复合材料表面Y_2O_3-ZrO_2-Al_2O_3涂层的涂刷法制备及其抗高温氧化性能 [J], 焦更生;卢国锋;李贺军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多弧离子镀制备纳米多层TiAlSiN涂层的性能研究
多弧离子镀制备纳米多层TiAlSiN涂层的性能研究邹伶俐（厦门金鹭特种合金有限公司，福建厦门361100）摘要：采用多靶阴极电弧离子镀系统在硬质合金基体上沉积纳米多层结构的T i A l S i N硬质涂层，该结构是通过T i A l N涂层与T i S i N涂层的交替叠加而制备的。
实验同时制备了T i A l N涂层、T i A l S i N单层涂层与纳米多层涂层进行性能对比分析，用扫描电镜（S E M）、E D S对涂层结构形貌及成分进行了分析，用划痕法和纳米压痕法分别对涂层的结合力与纳米硬度进行了测试，同时也测试了涂层在不锈钢车削上的性能表现。
结果表明，T i A l S i N纳米多层涂层硬度高达33G P a，同时在不锈钢车削上以T i A l S i N纳米多层涂层性能最优，而T i A l S i N单层涂层性能最差。
关键词：T i A l S i N；T i A l N；纳米多层涂层；不锈钢中图分类号:TG174.444；TG711文献标志码:A文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员8）08原园098原园3 Study on Properties of Nano-multilayer TiAlSiN Coating Prepared by Multi-arc Ion PlatingZOU Lingli（Xiamen Golden Egret Special Alloy Co.,Ltd.,Xiamen361006,China）Abstract:A nano-multilayer TiAlSiN hard coating is deposited on a cemented carbide substrate by a multi-target cathodic arc ion plating system.The structure is prepared by alternating stacking of TiAlN coating and TiSiN coating. The performance comparison of TiAlN coating,TiAlSiN single layer coating and nano multilayer coating is carried out. The morphology and composition of the coating are analyzed by scanning electron microscopy（SEM）and EDS.The adhesion and nanohardness of the coating are tested by the scratch method and the nanoindentation method,and the performance of the coating on the stainless steel turning is also tested.The results show that the hardness of TiAlSiN nano-multilayer coating is as high as33GPa,and the performance of TiAlSiN nano-multilayer coating is the best in stainless steel turning,while the performance of TiAlSiN single-layer coating is the worst.Keywords:TiAlSiN;TiAlN;nano-multilayer coating;stainless steel0引言在过去的几十年里硬质涂层在金属切削应用方面发展迅速。
TiN涂层和TiAlN涂层结合强度及抗氧化性能的研究的开题报告
TiN涂层和TiAlN涂层结合强度及抗氧化性能的研究
的开题报告
一、研究背景和意义
金属涂层是一种提高金属材料性能、保护金属材料表面的有效方法。
其中，氮化物涂层因其优异的力学性能、耐磨性能和防腐蚀性能在工业
领域中得到广泛应用。
TiN涂层是最常用的氮化物涂层之一，但其抗氧化性能不佳，随着温度升高氧化速率大幅增加。
TiAlN涂层因其含Al元素，具有优良的高温抗氧化性能，但其结合强度不如TiN涂层。
因此，TiN和TiAlN涂层的结合应用可以充分发挥二者的优点，提高涂层的结合强度和抗氧化性能。
二、研究目的
本课题旨在探究TiN涂层和TiAlN涂层的结合强度和抗氧化性能，以获得更好的结合性和更高的抗氧化性能的复合涂层。
三、研究方案
1.涂层制备
采用物理气相沉积（PVD）技术，制备TiN和TiAlN涂层。
在涂层过程中，探究不同沉积条件对涂层结构和性能的影响。
2.结合强度测试
采用万能材料测试机，测试TiN涂层和TiAlN涂层的结合强度，并比较不同沉积条件下复合涂层的结合强度差异。
3.抗氧化性能测试
采用高温氧化实验，测试复合涂层在高温条件下的抗氧化性能。
通
过比较不同涂层结构对氧化速率的影响，探究优化复合涂层结构的方法。
四、研究意义和创新性
通过研究TiN涂层和TiAlN涂层的结合强度和抗氧化性能，可以为制备具有高温高压条件下工作的氮化物复合涂层提供一定的理论指导和实验依据。
此外，本研究还可以对氮化物涂层的结合强度和抗氧化性能的研究提供新思路，具有一定的创新性。
TiN涂层结构与抗氧化性能研究的开题报告
超超临界汽轮机叶片(Ti,Al)N/TiN涂层结构与抗氧化性能研究的开题报告研究背景及意义：超超临界汽轮机作为一种高效的能量转换设备，具有高温、高压、高速的特点。
在汽轮机中，叶片是关键部件，其工作环境极为恶劣，常常受到高温、高压、氧化腐蚀等多种因素的影响。
因此，如何提高叶片的抗氧化性能，延长其使用寿命，对于汽轮机的运行稳定性和经济性有着重要意义。
目前，提高叶片抗氧化性能的方法主要是采用表面涂层技术。
TiN和(Ti,Al)N等涂层具有良好的抗氧化性能和热稳定性，是沿用较多的涂层材料之一。
本项目旨在研究超超临界汽轮机叶片表面采用TiN和(Ti,Al)N复合涂层的抗氧化性能，并探究涂层结构对其抗氧化性能的影响，为汽轮机高温板块保护提供技术支持。
主要研究内容：1.制备TiN和(Ti,Al)N涂层采用磁控溅射技术，在预处理后的叶片表面制备TiN和(Ti,Al)N复合涂层。
中间层采用CrN作为扩散阻挡层。
2.涂层结构和成分分析采用扫描电镜和透射电镜等方法，分析涂层的结构和成分，研究复合涂层对叶片表面的影响，确定涂层最优结构。
3.抗氧化性能测试采用高温氧化实验，测定TiN和(Ti,Al)N涂层叶片在高温(800℃~1200℃)高压(7MPa~10MPa)下的抗氧化性能，通过比较两种涂层对叶片的保护效果，确定最佳涂层材料。
预期结果：1.成功制备TiN和(Ti,Al)N涂层，确定最优涂层结构。
2.通过比较两种涂层的抗氧化性能，确定最佳涂层材料及其抗氧化性能。
3.为超超临界汽轮机叶片的高温保护提供技术支持。
研究进展：目前已完成TiN和(Ti,Al)N涂层的制备工作，并对涂层表面进行了结构表征。
下一步将进行高温氧化实验，测定涂层的抗氧化性能并进行数据分析。
3.第三讲-模具表面物理气相沉积处理
第三节物理气相沉积技术（PVD）一、PVD 的定义：PVD 是英文 Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压大电流的电弧放电技术（劈裂电弧技术最好），使强化用的金属原子蒸发，并使被蒸发物质与气体都发生电离，通过荷能粒子的轰击，将其吸引并沉积到工件表面形成1～10uｍ的超硬薄膜层。
利用PVD法可在工件表面沉积碳化钛CrC、氮化钛TiN、氮化铬CrN、氧化铝、DLC、TiAlN、NF1等单层、多层复合涂层。
PVD 基本方法：真空蒸发、溅射。
附工艺示意图1与图2：PVD指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。
它的作用是可以使某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。
二、PVD 技术的发展：PVD 技术出现于二十世纪七十年代末，制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。
最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视，人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时，也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。
与 CVD 工艺相比，PVD 工艺处理温度低，在 600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响；薄膜内部应力状态为压应力，更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层；PVD 工艺对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向。
目前 PVD 涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。
PVD 技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度，涂层成分也由第一代的氮化钛TiN发展为碳化钛TiC、碳氮化钛TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC 和 TA-C等多元复合涂层。
真空涂层技术发展到了今天，出现了 PCVD(物理化学气相沉积)、MT-CVD(中温化学气相沉积)等新技术。
TiAlN涂层刀具的抗高温特性研究
随着绿 色设计 和制 造 在 机械 加 工 行业 内的 推广 ， 在金 属切 削中一般使 用 高速 的干 式切 削。 因此 刀具必
工艺与检测 ＴｈＩ ａ ｅｎｇ ｎ ｃ０ｙ ｄ ｏ
ＴＡＩ 涂 层刀 具 的抗 高温特 性 研究 ｉＮ
刘爱华① 邓建新① 颜 培① 刘文清②
（ 山东 大 学机械 工 程学院 ， ① 山东 济南 ２０６ ； ５０ １ ② 山东 法 因数控 机械股 份有 限公 司 ， 山东 济 南 ２００ ） ５ １１
中图分类 号 ： Ｇ １ Ｔ ７１
高温特性
氧化
硬 度
文献标 识码 ： Ａ
Ｅ ｅ ａ ｅ ｍ ｐ ｒｔ ｒ ｓｓａ ｃ ｓ Ｐｒｐ ｒｉｓ Ｒｅ ｅ ｒｈ ｏ ｅ Ｔｉ Ｎ Ｃｏ ｔ ｇ Ｔ ｏｓ ｌｖ ｔ ｄ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅ Ｒｅ ｉ ｎ ｅ ｏ ｅｔ ｓ ａ ｃ ｆ ｔ ｅ Ｔｈ ＡＩ ａ ｉ ｏ ｌ ｎ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｔｉ Ｎ ； Ｃｏ ｔ ｇ Ｔｏ ｌ Ａ１ ａ ｉ ｏｓ；Ｅｌｖ ｔｄ Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｅ ｔ ｓ Ｏｘｄａｉｎ；Ｈ ａｄ ｓ ｎ ｅ ａｅ ｍ ｅ ａｕ ｅ Ｐｒ ｐ ｒｉ ； ｅ ｉ ｔｏ ｒ ｎｅ ｓ
ＴＡＮ 薄膜是 在 ＴＮ基 础上发 展起来 的一种 Ｔ 系 ｉ１ ｉ ｉ
层ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 料之一 。
将 刀片材料 放 入 电阻 炉 （ 号 为 Ｋ Ｙ ２ １ ）于 型 Ｓ １— ６ 空气 中分 别加热 到 ２０℃ ，０ ０ ４０℃ ，０ Ｃ，０ ５ ０ｑ ６０℃ ，０ ７０
TiAlSiN纳米复合涂层的研究进展
TiAlSiN纳米复合涂层的研究进展目录1. 内容概括 (2)1.1 TiAlSiN涂层特性及应用概述 (2)1.2 纳米复合涂层的优势及发展趋势 (3)1.3 本文研究内容与创新之处 (5)2. TiAlSiN涂层结构与表征 (6)2.1 TiAlSiN涂层相组成与缺陷 (7)2.2 TiAlSiN涂层显微结构及形貌表征 (7)2.3 TiAlSiN涂层物性表征方法 (9)3. TiAlSiN纳米复合涂层制备方法 (10)3.1 物理气相沉积法 (11)3.1.1 溅射沉积 (12)3.1.2 磁控溅射 (13)3.1.3 等离子射束沉积 (14)3.2 化学气相沉积法 (16)3.3 高能离子注入技术 (17)3.4 其他制备方法 (18)4. TiAlSiN纳米复合涂层性能优化 (19)4.1 工艺参数优化 (20)4.2 添加剂调控 (21)4.3 后処理技术 (23)5. TiAlSiN纳米复合涂层应用研究 (24)5.1 轴承件耐磨性 (25)5.2 刀具材料高硬度 (27)5.3 热场环境应用 (27)5.4 其他应用领域 (29)6. 结论与展望 (30)1. 内容概括本文主要探讨了TiAlSiN纳米复合涂层的研究进展。
首先概述了纳米复合涂层的重要性，其不仅拥有优异的物理和化学性能，而且在多种应用领域具有广泛的应用前景。
文章详细介绍了TiAlSiN纳米复合涂层的制备技术，包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）以及溶胶凝胶法等方法的最新研究进展。
文章接着介绍了这种纳米复合涂层的性能特点，包括硬度、耐磨性、耐腐蚀性和高温稳定性等，并对其性能优化方法进行了探讨。
文章还涉及TiAlSiN纳米复合涂层在各个领域的应用现状，包括机械零件、刀具、汽车零部件等。
本文总结了当前研究的不足之处和未来研究方向，指出今后需要解决的问题和未来的发展趋势。
该领域需要进一步优化涂层的制备工艺，提高其性能并扩大应用领域，以实现工业的大规模应用和商业化的前景。
TiN涂层性能的分析与测定
TiN涂层性能的分析与测定
王广宏;安志义
【期刊名称】《表面技术》
【年(卷),期】1992(21)3
【摘要】测定并分析了用PCVD法获得的TiN涂层内的残余应力、涂层的抗变形性以及涂层的耐磨性。
实验结果表明,TiN涂层内有残余应应力存在,在一定的变形力作用下,涂层将发生脆性断裂,TiN涂层的耐磨性是45°淬火钢的24倍。
TiN涂层这些特性为它的应用奠定了基础。
【总页数】4页(P120-123)
【关键词】气相沉积;等离子体;氮化钛;涂层
【作者】王广宏;安志义
【作者单位】清华大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.44
【相关文献】
1.TiN涂层磨粒磨损性能的测定 [J], 林子为
2.超细硬质合金 WC-6%Co-6%（W,Ti,Ta）C 表面TiCN-Al2 O3-TiN 多层复合涂层性能分析 [J], 田瀚林;栾道成;张仁进;熊师兵
3.TiN涂层的微观组织结构及力学性能分析 [J], 陈利;汪秀全;尹飞;李佳
4.TiC-TiN复合硬质合金涂层刀具切削应用及其性能分析 [J], 冯小东;王公安;胡一
龙;沈榴月
5.超细硬质合金WC-6%Co-6%(W,Ti,Ta)C表面TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层性能分析 [J], 田瀚林;栾道成;张仁进;熊师兵
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材料保护MATERIALS PROTECTION1999年 第32卷 第1期 No.1 vol.321999PCVD-TiN,TiAlN及TiSiN涂层的抗高温氧化性能彭红瑞 石玉龙 谢 雁 赵 程 摘 要 研究了用PCVD法所制备的TiN，TiAlN和TiSiN硬质涂层的抗高温氧化性能及TiN 涂层在双氧水介质中的抗氧化性能。
结果表明，TiAlN,TiSiN涂层在空气中的抗高温氧化温度达700 ℃以上，TiN涂层可达600 ℃。
在双氧水介质中，PCVD-TiN涂层仍具有较强的抗氧化能力，且优于PVD-TiN涂层。
关键词 涂层 抗氧化性能 等离子体化学气相沉积 TiN TiAlN TiSiN1 前 言 等离子体化学气相沉积(PCVD)TiN类硬质涂层技术具有沉积温度低(600 ℃)和挠度好等特点。
高速钢工具和模具上沉积TiN类硬质涂层已得到较为广泛的研究及应用[1～6]，但这也仅限于用此提高耐磨性及使用寿命，而对它抗高温氧化性能的研究却较少。
国内某精密轴承的工作环境温度为300 ℃，瞬间可达420 ℃，而其高温氧化试验在空气中加热到580 ℃，保温30 min后，要求工件表面涂层无剥落等缺陷[5]。
经过反复试验，我们最后选用了PCVD法沉积TiN涂层，作为轴承内外圈表面的抗氧化涂层，并取得了成功[7]。
为此，我们对PCVD-TiN，TiAlN,TiSiN及PVD-TiN等涂层进行了抗氧化性能的研究，以期了解并掌握这些涂层的抗氧化性能。
2 试验方法 PCVD-TiN，TiAlN,TiSiN涂层的制备在自制的PCVD设备上进行[8]，PVD-TiN涂层用多弧离子镀设备制备。
试验材料为W18Cr4V高速钢刀片，加工成16×10×3，再用金相砂纸抛光成镜面。
PCVD-TiN,TiAlN,TiSiN和PVD-TiN涂层厚度为2.5～3.5 μm。
抗高温氧化试验在管式加热炉中进行：将以PCVD法沉积的TiN,TiAlN,TiSiN涂层及用PVD法沉积的TiN涂层高速钢试样放入管式炉中，大气条件下加热到300～700 ℃，保温30 min后取出，空冷至室温，观察分析其表面状态。
抗双氧水的氧化试验是将经PCVD和PVD法沉积的TiN涂层试样浸入浓度为20%的双氧水中，加热至70 ℃，保持10～120 min。
试样取出后用水冲净、吹干，进行观察分析。
3 试验结果 表1为PCVD-TiN,TiAlN,TiSiN及PVD-TiN涂层在空气中抗高温氧化的试验结果。
可以看出，PCVD-TiAlN及TiSiN涂层的抗高温氧化性能最好。
PCVD-TiN涂层的抗高温氧化温度仅为600 ℃，温度再高，涂层开始剥落。
PVD-TiN涂层加热到500 ℃就开始剥落，其抗高温氧化性较差。
表1 PCVD-TiN，TiAlN,TiSiN及PVD-TiN的抗高温氧化性能加热温度(℃)300400500550600700PCVD- TiN 表面完好颜色不变表面完好略微变红表面完好呈浅蓝色表面完好呈蓝色表面完好呈蓝色部分剥落PCVD- TiAlN*表面完好颜色不变表面完好颜色不变表面完好颜色不变表面完好颜色不变表面完好颜色不变表面完好颜色略深PCVD- TiSiN**表面完好颜色不变表面完好颜色不变表面完好颜色变浅表面完好颜色变浅表面完好颜色微蓝表面完好颜色浅蓝PVD-TiN 表面完好颜色不变表面完好表面浅蓝开始剥落剥落-- *:TiAlN涂层中Al含量为9% at；**:TiSiN涂层中Si含量为45% at。
由表2可见，PCVD-TiN在双氧水介质中仍有较强的抗氧化性能。
在试验时间内，PCVD-TiN涂层保持了其完好性。
本试验曾将PCVD-TiN涂层的试样置于双氧水中长达数小时，结果仍未使涂层完全脱落。
PVD-TiN涂层在双氧水中浸泡10 min，涂层即开始剥落，浸泡30 min，涂层即完全脱落。
表2 PCVD-TiN及PVD-TiN在双氧水中的抗氧化性能浸泡时间(min)10203060120 PCVD-TiN涂层完好涂层完好涂层完好涂层完好涂层完好PVD-TiN涂层开始剥落涂层基本剥落涂层完全剥落 对于PVD-TiN试样，根据文献［9］利用双氧水进行退镀，取得了良好的结果，但对于PCVD-TiN试样，上述方法几乎不起作用，长时间浸泡，虽能部分退掉但会造成工件腐蚀。
4 讨 论 图为PCVD-TiN，TiAlN,TiSiN涂层断口组织的扫描电镜结果。
由图a可以看出，PCVD-TiN 涂层具有典型的柱状晶结构，其晶粒的生长是从基体一直延伸到表面。
这种结构有可能形成一定的空隙，使TiN涂层的氧化可以沿晶界发生。
在PCVD-TiN涂层中掺入A1元素后，TiN的柱状晶结构就不太明显了(见图b)。
同时，A1元素与氧有极强的亲合力，在涂层的表面极易形成致密的氧化膜，从而提高了涂层的抗氧化能力。
在PCVD-TiN涂层中加入Si元素后完全破坏了原TiN 涂层的柱状晶结构，由非晶的Si3N4和多晶的TiN形成了致密的TiSiN涂层[10]，在扫描电镜4 000倍下仍看不出任何孔隙及晶界(见图c)。
因此，TiSiN涂层较纯TiN涂层有较强的抗氧化能力。
与PVD-TiN相比，PCVD-TiN表面吸附了大量的氧，俄歇电子能谱分析所证实[11]，其表面含氧量已趋于饱和。
因此，PCVD-TiN比PVD-TiN具有更强的抗氧化能力。
另外，两者的制备方法不同，涂层性能也有差别，从而其抗氧化能力亦有所不同。
图 TiN,TiAlN,TiSiN涂层的SEM断口形貌5 结 论 (1) PCVD-TiAlN,TiSiN涂层具有较强的抗高温氧化性能，其温度高达700 ℃以上，涂层也不会发生任何剥落。
(2) PCVD-TiN涂层的抗高温氧化深度可达600 ℃，较PVD-TiN的抗氧化能力强。
(3) 在双氧水氧化介质条件下，PCVD-TiN仍显示出较强的抗氧化能力，很难用这种方法实现TiN涂层的退镀。
作者单位：青岛化工学院等离子表面技术研究所(266042)参考文献 [1] 任志华,彭红瑞.等离子体化学气相沉积TiN涂层刀具的应用研究.青岛化工学院学报，1995，16(4) [2] 石玉龙，彭红瑞，李世直.等离子化学气相沉积硬膜技术研究.青岛化工学院学报，1996，17(4) [3] 石玉龙，彭红瑞，李世直.PCVD制备工业硬膜研究.微细加工技术,1995(4) [4] 赵 程，彭红瑞，李世直.PCVD-Ti(CN)膜的工艺及应用研究.机械工程材料，1996，20(4) [5] 石玉龙，彭红瑞，李世直.高速钢工件表面的物理化学气相沉积TiN.金属热处理，1997(11) [6] Li Shizhi,Xu Xiang,Zhao Cheng et al.Metallurgical Coatings and Thin Films 1990.Proceedings of the 17th ICMC and 8th ICTF Conference,San Diego∶CA∶1 007～1014 [7] 石玉龙，彭红瑞，李世直.等离子化学气相沉积氮化钛在高速钢精密轴承上的应用.真空科学与技术，1997，17(5) [8] Li Shizhi,Huang Wu,Yang Hongshun et al. Plasma Chemical Vapor Deposition of TiN. Plasma Chemistry and Plasma Processing,1984,16(4)147～161 [9] DD-228977. [10] Li Shizhi,Shi Yulong,Peng Hongrui.Ti-Si-N Films Prepared by Plasma-Enhanced Chemical Vpaor Deposition Plasma Chemistry and Plasma Processing,1992,12(3) [11] 赵 程，彭红瑞，李世直.等离子体化学气相沉积Ti-N-C膜的研究.金属学报，1993，29(1)(收稿日期 1998－08－09 责任编辑 徐 军)PCVD-TiN,TiAlN及TiSiN涂层的抗高温氧化性能作者：彭红瑞， 石玉龙， 谢雁， 赵程作者单位：青岛化工学院等离子表面技术研究所,266042刊名：材料保护英文刊名：MATERIALS PROTECTION年，卷(期)：1999,32(1)被引用次数：13次1.任志华;彭红瑞等离子体化学气相沉积TiN涂层刀具的应用研究 1995(04)2.石玉龙;彭红瑞;李世直等离子化学气相沉积硬膜技术研究 1996(04)3.石玉龙;彭红瑞;李世直PCVD制备工业硬膜研究 1995(04)4.赵程;彭红瑞;李世直PCVD-Ti(CN)膜的工艺及应用研究 1996(04)5.石玉龙;彭红瑞;李世直高速钢工件表面的物理化学气相沉积TiN 1997(11)6.Li Shizhi;Xu Xiang;Zhao Cheng Metallurgical Coatings and Thin Films 1990.Proceedings of the 17th ICMC and 8th ICTF Conference7.石玉龙;彭红瑞;李世直等离子化学气相沉积氮化钛在高速钢精密轴承上的应用 1997(05)8.Li Shizhi;Huang Wu;Yang Hongshun Plasma Chemical Vapor Deposition of TiN 1984(04)9.查看详情10.Li Shizhi;Shi Yulong;Peng Hongrui Ti-Si-N Films Prepared by Plasma-Enhanced Chemical Vpaor Deposition Plasma Chemistry and Plasma Processing 1992(03)11.赵程;彭红瑞;李世直等离子体化学气相沉积Ti-N-C膜的研究 1993(01)1.赵程.田丰.侯俊英热等离子弧对钢表面淬硬深度的影响[期刊论文]-金属热处理2002,27(5)2.彭红瑞.石玉龙几种PCVD涂层的抗氧化性能研究[会议论文]-19983.潘晓龙.王少鹏.李争显.王宝云.严鹏.姬寿长.黄春良Ti6AI4V表面电弧离子镀TiAIN涂层的高温抗氧化性能[会议论文]-20074.彭红瑞.石玉龙.谢广文.赵程PCVD-TiN等涂层的抗高温氧化性[会议论文]-19985.孙定国.赵程.韩莉高厚度化合物层的离子氮碳共渗处理[期刊论文]-金属热处理2004,29(2)6.胡志杰.严鹏.李争显.王宝云.HU Zhi-jie.YAN Peng.LI Zheng-xian.WANG Bao-yun钛合金表面电弧离子镀TiAlN涂层的组织与抗氧化性能[期刊论文]-陕西科技大学学报（自然科学版）2008,26(3)7.赵程.孙定国.赵慧丽.侯俊英离子氮碳共渗+离子后氧化双重复合处理的研究[期刊论文]-金属热处理2004,29(9)8.刘建华.邓建新.张庆余TiAlN涂层刀具的发展与应用[会议论文]-20069.朱丽娅新型刀具涂层Ti-Si-N复合膜的制备、性能及应用[期刊论文]-河南科技2007(9)10.赵程.刘伟.宫明.Zhao Cheng.Liu Wei.Gong Ming铸铁表面感应加热熔覆Zn的研究[期刊论文]-焊接2007(10)1.柳国萍,刘元富,张谷令,杨思泽脉冲高能量密度等离子体沉积新型TiAlN薄膜[期刊论文]-新技术新工艺 2004(05)2.史新伟,李春明,邱万起,刘正义Cr对多弧离子镀TiN及其复合膜（Ti,Cr）N性能的影响[期刊论文]-中国有色金属学报 2006(07)3.谢致薇,蒙继龙,谢光荣,王国庆Fe+Cr改性多元膜的氧化研究[期刊论文]-新技术新工艺 2001(08)4.谢光荣,谢致薇,胡社军,蒙继龙离子镀多元膜抗高温氧化性能的研究[期刊论文]-材料保护 2001(09)5.李波利用脉冲工艺改进TiN薄膜组织性能的研究[学位论文]硕士 20086.谢致薇,白晓军,蒙继龙,谢光荣,胡社军（TiFeCr）N多元膜的氧化行为[期刊论文]-中国有色金属学报 2001(06)7.张叶成,张津,郭小燕,许洪斌PCVD技术在模具强化中的应用与进展[期刊论文]-模具工业 2008(02)8.杨英Ti-Al-N薄膜制备、微观组织结构及力学性能研究[学位论文]博士 20109.黄选民,侯廷红,幸泽宽氮化钛涂层及其复合涂层的研究进展[期刊论文]-电镀与精饰 2009(02)10.王自荣ZL109铝合金表面离子镀TiN膜的工艺及性能研究[学位论文]硕士 2010引用本文格式：彭红瑞.石玉龙.谢雁.赵程PCVD-TiN,TiAlN及TiSiN涂层的抗高温氧化性能[期刊论文]-材料保护 1999(1)。