[00032328]高速切削用超硬纳米复合涂层

表面涂层技术已经成为切削刀具领域的一项关键技术, 对刀具性能的改善以及加工技术的进步起到了至关重要的作用。自20世纪70年代起，人们先后合成了类金刚石（DLC），立方氮化硼（c-BN），氮化碳等超硬涂层。近年来，随着梯度薄膜、复合薄膜、多层薄膜、纳米多层薄膜、纳米复合结构薄膜的出现, TiN、Al-Ti-N、Ti-Al-N、Ti-Al-C-N及Ti-C-N等涂层技术已广泛的应用于高速、高精及干式切削等领域, 并成为改善刀具性能的主要手段。按照2002年欧洲市场的统计, Ti-Al-N、Ti-C-N、TiN 涂层占到了应用市场的80%。 　　目前，国内的涂层技术主要还是第一、二代膜层的水平，如TiN，Ti(CN），国外已经发展到了解决高速、高温切削加工问题的第五代多元纳米复合涂层。高质量的硬质膜层服务几乎为国外镀膜公司所垄断，如瑞士的Balzers和PLATIT，德国的ECMECON，日本的住友电工及日立公司。Balzers公司推出的TiAlN/AlCrN涂层，显微硬度达到3300 Hv，工作温度超过1100oC，具有卓越的结合力和加工强度、抗氧化和抗热性能。PLATIT公司制备了了纳米晶TiAlN镶嵌在非晶Si3N4中的nc-Ti1-xAlxN/α-Si3N4的涂层，高温硬度突出，在1200oC时，其硬度仍然可以达到30 Gpa。近年来，国内外一些科研单位在上述研究的基础上，不断探索新型纳米复合超硬膜层材料的合成工艺，已经研究和制备了Ti-Si-N，Ti-Si-C-N,Ti-Si-B-N,Ti-Al-B-N等复合涂层。从商业及工业应用角度看，我国的超硬涂层技术远远落后于国外发达国家，所以，开发具有高热硬性、高抗氧化性、强膜基结合力、低摩擦系数的多元纳米复合涂层具有重大的经济和社会效益。 　　本课题组运用多弧离子镀结合中频磁控溅射技术制备Ti-Al-Si-N超硬纳米复合涂层并系统研究其成分、微结构及沉积速率与硬度和摩擦系数等性质的关系，掌握多弧离子镀结合中频磁控溅射制备Ti-Al-Si-N的关键工艺。制备的Ti-Al-Si-N薄膜厚度达到5μm，具有高硬度（40 Gpa）、低摩擦系数（0.3）、强抗高温氧化性（800oC）的优点，达到工业化应用的要求。