TiN系涂层多元多层强化研究进展（四）

作者:xingyang                         时间：2010-12-02

轴承及轴承相关技术文章（轴承型号查询网提供） 关键字：轴承, 　　1.引言　　自上世纪70年代以来，用物理气相沉积(PVD)技术制备的TiN涂层已广泛应用于刀模具和各种耐磨零件及装饰涂层上。由于TiN涂层性能优越，工艺过程又符合“绿色制造业”理念，可以预期在21世纪前期仍有较大的发展空间。但随着社会的进步，人们对涂层的综合性能要求越来越高，并且对不同服役条件的产品，其主要失效抗力指标要求不尽相同，应该有不同性能特点的涂层与之相适应，以增加涂层多样性的选择。因此在单一TiN涂层的基础上，近年来已发展起不少新的先进涂层材料。如今，钛基复合氮化物涂层、其他金属的氮化物及多元、高强度难熔化合物涂层、多元多层乃至各种纳米涂层已不鲜见。但从整体来看，TiN系涂层仍是主流产品。本文拟介绍近几年TiN系多元复合涂层沉积技术的进展情况并进行评述。　　2.TiN涂层的回顾　　2.1多元涂层的发展　　TiN涂层的多元合金化是目前研究的热点。理论分析表明，过渡族金属的二元氮化物、碳化物往往可以彼此互溶，这就可以用钢的合金化思路，在TiN膜中加入合金元素，形成复合氮化物涂层，以全面提高TiN涂层性能。用氮化物、碳化物，硼化物对氮化钛层进行合金化，合金元素进入TiN晶体的某一晶胞取代Ti原子，从而形成含合金元素的(Tix，Me1-x)N，如果这些晶体结构参数和TiN晶体差别较大，那么含有(Tix，Me1-x)N晶胞的TiN晶体整体性能将发生明显的变化。如在二元TiN基础上研制出的一些多元涂层TiCN、TiBN、TiAlN、TiZrN、TiCrN等，均表现出良好的性能。　　开发最早和研究较多的TiN系多元涂层大概是Ti(C，N)。在TiN中加入碳，通过C原子的固溶和析出，可形成Ti(C,N)，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC05N05和TiC03N07，随Ti(C,N)中碳含量增大，膜层硬度升高，膜基结合强度改善。和单一的TiN涂层相比，Ti(C,N)具有较好的耐磨性能和明显低的摩擦系数。由于TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其高温硬度也较TiC和TiN高，因此是一种较理想的刀具涂层材料。TiCN涂层呈蓝灰色，在硬质合金和高速钢类钻头、铣刀、螺纹刀具上使用较早，尤其在超高机械压力切割和边界难成形的钢和合金设备加工上效果显著。文献[5]采用电弧离子镀的方法得到Ti(C，N)涂层，经XRD分析，发现膜层由TiN、TiC及CN组成，膜层的硬度在12～16GPa之间。文献[6]研究了等离子体增强化学沉积Ti(C，N)薄膜的硬度和成分的变化，发现Ti(C，N)薄膜具有较小的晶粒尺寸和较高的残余压力，并且在确定条件下，硬度值与含碳量大体成线性增加关系；超过一定的含碳量后，涂层的相结构为TiN和TiC两相的混合组织。文献[7]用离子束辅助沉积工艺在9Cr18、GCr15钢基体上形成了TiCXNY膜，采用离子束辅助沉积技术形成多晶TiCXNY膜。这种膜具有(1 1 1)、(2 0 0)和(2 2 0)择优取向。值得指出的是碳氮化钛薄膜的结构与性能同制备方法和含碳量均有一定关系，所以不同的研究者所得出的涂层结构性能不尽相同。

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