电弧离子镀电磁线圈电压对TiAlN涂层结构及性能的影响

作者：李洪; 杨鸿泰; 林松盛; 石倩; 韦春贝; 郭朝乾; 苏一凡; 唐鹏

来源：表面技术, 2019, 48(09): 273-292.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.09.032

• 线圈电压
• TiAlN涂层
• 力学性能
• 耐磨性
• 结构及性能

目的揭示电弧离子镀过程中,电磁和永磁复合磁场耦合作用下电磁线圈偏压对Ti AlN涂层结构及性能的作用规律,优化Ti Al N涂层制备工艺。方法采用电弧离子镀技术在M2高速钢基体表面沉积高Al含量Ti0.33Al0.67N涂层(Ti Al靶,原子数分数,Ti∶Al=1∶2)。改变电磁线圈电压,研究涂层微观组织结构、表面粗糙度、硬度、膜/基结合力和耐磨性的变化规律。结果在15～45V范围内,电磁线圈电压小于30V时,Ti0.33Al0.67N涂层内部致密;线圈电压大于30 V时,涂层内部变得疏松。线圈电压为15 V时,Ti AlN涂层表面粗糙度最小,为0.2μm。随着线圈电压升高,Ti0.33Al0.67N涂层硬度增大,线圈电压为45 V时,Ti0.33Al0.67N涂层硬度达到最大,为3866HV0.025。随着线圈电压的升高,Ti0.33Al0.67N涂层膜/基结合力及耐磨性先增加后减小,线圈电压为15 V时,结合力最高,为95.4 N,磨损率达到最低,为1.62×10-15 m3/(N·m)。结论在线圈电压较小时,随着电压的升高,作用于阴极靶材的磁场强度增加,阴极弧斑速度加快,每个弧光点维持时间缩短,能量降低,离化率升高,溅射出的液滴数量减少,涂层结构致密,粗糙度降低,硬度和耐磨性能升高;随着线圈电压进一步升高,磁场强度继续增大,弧斑运动受到的磁性束缚力增大,弧斑运动半径向靶材中心收缩,作用于固定位置的弧光累计时间更长,离化率降低,液滴增多,涂层综合性能下降。

• 单位
  广东工业大学; 广东省新材料研究所; 广东省科学院