刀具表面磁控溅射CrN涂层及其耐磨性能研究

简介

目的提高刀具耐磨性能，延长刀具材料的使用寿命，减小刀具在加工过程中的磨损。方法采用射频磁控溅射法在高速钢刀具表面沉积CrN涂层，用XRD、FESEM等分析涂层的组织结构与微观形貌，用X射线谱仪（EDS）测量涂层成分含量及其分布，用划痕仪测定膜基结合力，用球-盘磨损仪进行磨损实验。探讨不同摩擦条件下涂层的耐磨性能，探究不同摩擦条件对未镀膜刀具与镀膜刀具摩擦学性能的影响，对比分析摩擦系数、磨痕深度、磨痕宽度随参数变化的规律。结果磁控溅射制备出结构致密、轮廓清晰、表面平整度趋于光滑的CrN涂层，涂层呈现三角锥形貌，具有明显的CrN(111)择优取向，膜基结合力为31.6 N。磨损试验表明，高载荷条件下（载荷5 N），未镀膜刀具磨损较严重，磨痕颜色较深，磨痕深度与宽度分别为27.6、980.2μm，摩擦系数为0.498。镀膜刀具磨痕两侧只有轻微的犁沟和较少的磨屑堆积，表面磨痕颜色较浅，磨损轻微，磨痕深度与宽度分别为2.25、570.8μm，摩擦系数为0.314。结论在高速钢刀具表面沉积CrN涂层能显著提高刀具的耐磨性能，刀具在磨损试验中磨痕深度、磨痕宽度和摩擦系数均较小。