Vysokoteplotné trecie a nosné správanie povlaku AlCrN pripraveného technológiou pokovovania iónov katódovým oblúkom

Povlak AlCrN sa pripravil na povrchu keramického rezacieho nástroja TiC metódou katódového iónového lakovania. Trenie a opotrebovanie povlaku pri rôznom zaťažení pri 900 ° C sa skúmali metódou kontaktu guľôčky s rovinou. Profil sledovania opotrebenia a mikroskopická morfológia boli pozorované pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie. Zmeny chemických prvkov a fáz na povrchu povlaku po opotrebovaní boli analyzované rozptylovou spektroskopiou a rôntgenovou difrakciou. Výsledky ukazujú, že po oxidácii pri 900 ° C sa všetky prvky N v povlaku uvoľnia za vzniku oxidov hliníka a hliníka, čo zlepšuje mazacie a opotrebovateľné vlastnosti. Priemerné koeficienty trenia povlaku boli 0,1455, 0,3939 a 0,4188 pri zaťažení 600, 800 a 1000 g. Vykazuje vynikajúce trecie vlastnosti pri zaťažení 600 g a je vhodný na presné obrábanie. Pri vysokých teplotách majú povlaky AlCrN oxidačné opotrebovanie spolu s malým množstvom brúsneho opotrebenia a opotrebovávaním.

Vďaka vývoju vysokorýchlostného, vysoko presného a efektívneho suchého strihania je technológia povrchovej úpravy hlavnou cestou k účinnému zlepšeniu výkonu nástroja. Povlak CrN má výhody vysokej tvrdosti, vysokej odolnosti voči opotrebovaniu a nízkeho trenia. Široko sa používa pri modifikácii povrchu nástroja. Pracovná teplota krytia CrN je však len 650 ° C, čo nie je vhodné na vysokoteplotné obrábanie. CrNi kryštál je kocka štruktúrovaná na tvár. Po pridaní atómov Al sú nahradené niektoré Cr atómy v CrN a atómy Al sú rozpustené v kryštáloch CrN. Potom sa krištáľová štruktúra CrN zmení z tvárnej na šesťuholníkové štruktúry a jej mikroštruktúra, mechanické vlastnosti a vlastnosti opotrebovania boli výrazne ovplyvnené.

Pri vysokej teplote sa vytvorili dva druhy kompaktných oxidov Cr2O3 a Al2O3, aby sa zvýšila jeho tepelná stabilita, jeho antioxidačná teplota môže dosiahnuť 900 ° C a stále môže zachovať vysokú tvrdosť, vysokú odolnosť proti opotrebovaniu, vysokú odolnosť proti oxidácii a adhézia k podkladu pre dobrý výkon, veríme, že je vhodný pre efektívne suché rezanie veľmi veľkých ozubených kolies. Autori použili metódu nanášania lakovaním katódovými kruhmi na prípravu povlakov AlCrN na povrchu TiC cermetov a analyzovali ich správanie pri trení a opotrebení pri 900 ° C, čo poskytlo technickú referenciu pre efektívne obrábanie veľmi veľkých ozubených kolies.

Testovacia metóda

Základným materiálom je keramický rezací nástroj na báze TiC, ktorý sa vyrába sintrovaním nanometrového TiN zmiešaného s mikromiestnou TiC, pričom tvrdou fázou je TiC a TiN a lepidlom Ni. Jeho chemické zloženie (hmotnostný pomer) je Ti51,26%, W19,55%, C12,92%, Ni7,63%, Co8,64%. Po odmastení a pieskovaní bola vzorka ultrazvukom vyčistená roztokom acetónu a dehydratovaná bezvodým etanolom. Po sušení v peci s konštantnou teplotou bola potiahnutá na stroji na nanášanie PVT. Pri použití 99,99% čistoty Cr a Al ako cieľov sa parametre povlaku: stupeň vákua 3 x 10-3 Pa, teplota pece 500 ° C, reakčný plyn N2, doba nanášania 120 min. Použitím plynu N2 ako ochrany po žíhaní pri teplote 180 ° C počas 2 hodín s použitím acetónu v ultrazvukovom čistení typu KQ2200DE typu NC a následným ultrazvukovým čistením deionizovanou vodou a nakoniec sušením sušičom vlasov na získanie požadovanej vzorky. Vlastnosti trenia pri opotrebovaní AlCrN povlaku pri 900 ° C sa skúmali vysokotlakovým trením HT-1000 a skúškou opotrebenia. Testovacie parametre boli: zaťaženie 600, 800 a 1000 g, teplota bola 900 ° C a bola nastavená pomocou 30-stupňového programovateľného regulátora teploty. Presnosť je 0,2% FS (plná stupnica), keramická guľa sa používa na brúsenie dielov a polomer trenia je 3 mm, rýchlosť otáčania je 1000r / min. Po skúške opotrebovania sa pozorovala povrchová morfológia povlaku pred a po opotrebení vysokou teplotou pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu SUPRA55. Chemické zloženie a fázová zmena povlaku pred a po opotrebovaní vysokou teplotou sa analyzovala pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu (EDS) a nástroja D / max2500PC rôntgenovej difrakcie (XRD) na štúdium mechanizmu poruchy opotrebovania povlaku AlCrN pod vysokým teplotu.

Analýza a diskusia výsledkov

Obrázok 1 (a) znázorňuje povrchovú morfológiu povlaku AlCrN pri izbovej teplote. Častice na povrchu sú relatívne malé. Dôvodom je zvýšenie výťažku rozprašovania Al cieľovej vrstvy a zvýšenie rýchlosti tvorby nukleácie povlaku. Povrch povlaku je pomerne hladký a existuje veľa jamiek rôznych veľkostí, ktoré vzhľadom na opačný rozstrekovaný účinok povrchovej vrstvy povlaku spôsobené iónovým bombardovaním. A do istej miery sa znižuje drsnosť povrchu povlaku. Hmotnostná frakcia nanášania AlCrN: Al36.72%, Cr36.11%, N27.18%; atómová frakcia: Al34.06%, Cr17.38%, N48.56%, ako je znázornené na obrázku 1 (b). AlkrN povlaková kompozícia je Al, Cr a N tri elementy, pomer počtu atómov blízkym 2: 1: 3 a ktorý ukazuje, že povlak je zložený prevažne z nitridov Al a Cr, čo je prospešné pre zlepšenie tvrdosť a odolnosť povlaku proti oxidácii.

Obr. 1 Morfológia povrchu a EDS analýza povlaku AlCrN

záver

(1) Po oxidácii pri 900 ° C sa všetky N prvky v povlaku uvoľnia a na povrchu sa vytvoria Al2O3 a Cr2O3. Medzi nimi Al2O3 oxid má v procese opotrebovania vplyv na zníženie trenia. Cr2O3 zlepšuje tvrdosť vrstvy a opotrebenie povlaku.

(2) Pri pôsobení zaťaženia 600, 800 a 1000 g je priemerný koeficient trenia povlaku 0,1455, 0,3939 a 0,4188. Medzi nimi sú vynikajúce charakteristiky trenia vystavené zaťaženiu 600 g, ktoré je vhodné na presné obrábanie.

(3) Vo frikčnom procese pri 900 ° C sa vytvára veľké množstvo oxidov v opotrebovaných jazvách povlaku, čo je spôsobené difúziou atómov matrice pri vysokých teplotách a je charakterizované oxidačným opotrebením, malým množstvom brúsneho opotrebenia a opotrebovania.