AlTiN涂層在存放過程中的硬度下降
最近數年來,(Ti、Al)N基涂層贏得了越來越高的市場份額。當然,與高速鋼刀具相比,硬質合金涂層刀具的市場份額增長幅度更大,原因在于在高溫和高切削參數下,高強度更為重要。
2000年,日本的一份刊物對此提出了猜疑:在常溫下,即使無外部影響,(Ti、Al)N基涂層也會出現硬度和強度下降。這一猜疑雖未得到明確證實,但是懷疑態度卻一直未能消除。
突破AlTiN涂層的局限性
事實上,鋁含量過高(大約超過65%)時,AlTiN涂層的物理特性會下降。這些物理局限性可通過以下方式予以克服:
-增加鉻、釔、硅等耐熱合金元素,形成AlCrN、TiAlYN、TiAlSiN涂層;
-采用(TiN)/(Si3N4)、(TiAlN)/(Si3N4)或(AlCrN)/(Si3N4)等納米復合結構。
新型涂層——納米復合材料
通過沉積完全不同的材料,各種成分(一組中的Ti、Cr、Al和另一組中的Si)不能實現完全混合,形成兩個物相。納米晶體型TiAlN或AlCrN顆粒嵌入非晶體Si3N4基體中。在高速切削和乾式切削情況下,這一納米復合結構可大幅度提高涂層的物理特性和性能。




圖1 通過納米復合結構提高硬度圖1中,通過類比,充分說明了納米復合結構形成的硬度升高。通常情況下,在海灘上在乾沙中會下沉。在濕沙中,腳不會下沉,或下沉幅度較小,原因在于沙粒之間的空間已被水填充。與此類似,納米復合結構表面具有更高的耐性,硬度也隨之提高。


圖2 納米復合結構,將亞穩偏析推遲到更高的溫度除了提高硬度之外,納米復合涂層顯示的最大優勢在于能大幅度提高耐熱性。與采用非納米復合涂層相比,亞穩態偏析及由此而產生的硬度下降會在更高的溫度才發生(圖2)。
-與AlTiN涂層相比,大約高200-300°C;
-與AlCrN涂層相比,大約高100°C。
另外,還有跡象表明,1200°C時硬度下降是由于硬質合金的鈷擴散所致,而非納米復合涂層所致。因此,由于硅“粘結劑”硬度提高、耐熱性和韌性增強,納米復合結構涂層不僅能與PVD涂層抗衡,還可與厚型CVD涂層形成競爭。
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