Ma sát nhiệt độ cao và hành vi mặc của lớp phủ AlCrN được chuẩn bị bởi công nghệ sơn tĩnh điện cực âm

Lớp phủ AlCrN được chuẩn bị trên bề mặt của công cụ cắt gốm TiC bằng phương pháp phủ ion cathodic. Các hành vi ma sát và mài mòn của lớp phủ dưới tải trọng khác nhau ở 900 ° C đã được nghiên cứu bằng phương pháp tiếp xúc bóng / mặt phẳng. Hồ sơ theo dõi mòn và hình thái vi mô được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét. Sự thay đổi của các nguyên tố hóa học và các pha trên bề mặt lớp phủ sau khi mặc được phân tích bằng quang phổ tán xạ năng lượng và nhiễu xạ tia X. Kết quả cho thấy sau khi quá trình oxy hóa ở 900 ° C, tất cả các nguyên tố N trong lớp phủ được giải phóng để tạo thành các oxit của Al và Cr, giúp cải thiện đặc tính bôi trơn và mài mòn. Hệ số ma sát trung bình của lớp phủ là 0,1455, 0,3939 và 0,4188 dưới tải 600, 800 và 1000g. Nó cho thấy tính chất ma sát tuyệt vời khi được nạp với 600g và nó phù hợp cho gia công chính xác. Ở nhiệt độ cao, lớp phủ AlCrN thể hiện sự mòn oxy hóa, kèm theo một lượng nhỏ mòn mài mòn và chất kết dính.

Với sự phát triển của tốc độ cao, độ chính xác cao và hiệu quả cắt khô, công nghệ phủ bề mặt là cách chính để cải thiện hiệu quả công cụ hiệu quả. Lớp phủ CrN có ưu điểm là độ cứng cao, khả năng chống mòn cao và hệ số ma sát thấp. Nó được sử dụng rộng rãi trong công cụ sửa đổi bề mặt. Tuy nhiên, nhiệt độ làm việc của lớp phủ CrN chỉ là 650 ° C, không thích hợp cho gia công ở nhiệt độ cao. Tinh thể CrN là một cấu trúc hình khối tập trung vào khuôn mặt. Sau khi thêm các nguyên tử Al, một số nguyên tử Cr trong CrN được thay thế, và các nguyên tử Al được hòa tan thành các tinh thể CrN. Sau đó, cấu trúc tinh thể CrN thay đổi từ cấu trúc mặt trung tâm thành hình lục giác, và cấu trúc vi mô, tính chất cơ học và tính chất mài mòn của nó bị ảnh hưởng đáng kể.

Hai loại oxit nhỏ gọn Cr2O3 và Al2O3 được hình thành ở nhiệt độ cao để tăng tính ổn định nhiệt, nhiệt độ chống oxy hóa của nó có thể đạt đến 900 ° C, và nó vẫn có thể duy trì độ cứng cao, khả năng chống mòn cao, khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và bám dính vào bề mặt cho hiệu suất tốt, chúng tôi tin rằng nó phù hợp cho cắt khô hiệu quả của bánh răng vòng rất lớn. Các tác giả đã sử dụng phương pháp phủ ion hồ quang cực âm để chuẩn bị lớp phủ AlCrN trên bề mặt lớp phủ TiC và phân tích ma sát và hành vi mài mòn ở 900 ° C, cung cấp tham chiếu kỹ thuật để gia công hiệu quả các bánh răng siêu lớn.

Phương pháp kiểm tra

Vật liệu cơ bản là một công cụ cắt gốm dựa trên TiC, được chế tạo bằng cách nung TiN quy mô nanomet với TiC cỡ micro, trong đó pha cứng là TiC và TiN, và chất kết dính là Ni. Thành phần hóa học của nó (tỷ lệ khối lượng) là Ti51,26%, W19,55%, C12,92%, Ni7,63%, Co8,64%. Sau khi tẩy dầu mỡ và phun cát, mẫu được làm sạch bằng ultrasonically bằng dung dịch axeton và khử nước bằng etanol khan. Sau khi sấy trong lò nhiệt độ không đổi, nó được phủ trên một máy phủ PVT. Sử dụng độ tinh khiết 99,99% của Cr và Al làm mục tiêu, các thông số sơn: độ chân không 3 × 10-3 Pa, nhiệt độ lò 500 ° C, khí phản ứng N2, thời gian phủ 120 phút. Sử dụng khí N2 để bảo vệ, sau khi ủ ở 180 ° C trong 2 giờ, sử dụng axeton trong làm sạch siêu âm NC loại KQ2200DE, và sau đó làm sạch siêu âm bằng nước khử ion, và cuối cùng sấy khô bằng máy sấy tóc để lấy mẫu yêu cầu. Các đặc tính mài mòn ma sát của lớp phủ AlCrN ở 900 ° C đã được điều tra bởi một ma sát nhiệt độ cao và thử nghiệm mài mòn HT-1000. Các thông số thử nghiệm là: tải 600, 800, và 1000g tương ứng, nhiệt độ là 900 ° C và nó đã được điều chỉnh bởi bộ điều khiển nhiệt độ lập trình 30 cấp. Độ chính xác là 0,2% FS (full scale), bóng gốm được sử dụng để mài mòn các bộ phận và bán kính ma sát là 3mm, tốc độ quay là 1000r / min. Sau khi thử nghiệm mặc, hình thái bề mặt của lớp phủ trước và sau khi mặc nhiệt độ cao được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét SUPRA55. Thành phần hóa học và sự thay đổi pha của lớp phủ trước và sau khi mặc nhiệt độ cao được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét (EDS) và thiết bị nhiễu xạ tia X (XRD) D / max2500PC để nghiên cứu cơ chế hao mòn của lớp phủ AlCrN nhiệt độ.

Phân tích và thảo luận về kết quả

Hình 1 (a) cho thấy hình thái bề mặt của lớp phủ AlCrN ở nhiệt độ phòng. Các hạt trên bề mặt tương đối nhỏ. Lý do là năng suất phún xạ của mục tiêu Al tăng và tỷ lệ tạo mầm lớp phủ tăng theo. Bề mặt của lớp phủ là tương đối trơn tru, và có nhiều hố kích thước khác nhau, do hiệu ứng phún xạ ngược của bề mặt lớp phủ gây ra bởi sự bắn phá ion. Và đến một mức độ nhất định, độ nhám bề mặt của lớp phủ bị giảm đi. Các thành phần hóa học lớp phủ AlCrN khối lượng: Al36,72%, Cr36,11%, N27,18%; phần nguyên tử: Al34.06%, Cr17.38%, N48.56%, như trong Hình 1 (b) bên dưới. Thành phần lớp phủ AlCrN là các nguyên tố Al, Cr và N, tỷ số giữa số nguyên tử gần với 2: 1: 3 và cho thấy lớp phủ chủ yếu bao gồm các nitrua của Al và Cr, có lợi cho việc cải thiện độ cứng và khả năng chống oxy hóa của lớp phủ.

Hình 1 Hình thái bề mặt và phân tích EDS của lớp phủ AlCrN

Phần kết luận

(1) Sau khi quá trình oxy hóa ở 900 ° C, tất cả các nguyên tố N trong lớp phủ được giải phóng và Al2O3 và Cr2O3 được hình thành trên bề mặt. Trong số đó, Al2O3 oxit có tác dụng giảm ma sát trong quá trình mài mòn. Cr2O3 cải thiện độ cứng lớp và tính chất mài mòn của lớp phủ.

(2) Theo tác động của tải trọng 600, 800 và 1000g, hệ số ma sát trung bình của lớp phủ lần lượt là 0,1455, 0,3939 và 0,4188. Trong số đó, các đặc tính ma sát xuất sắc được trưng bày dưới tải trọng 600g, phù hợp cho gia công chính xác.

(3) Trong quá trình ma sát ở 900 ° C, một lượng lớn các oxit được tạo ra trong các vết sẹo mòn của lớp phủ, gây ra bởi sự khuếch tán của các nguyên tử ma trận ở nhiệt độ cao, và nó được đặc trưng bởi quá trình oxy hóa. bởi một lượng nhỏ mài mòn và chất kết dính.