【正文】 是TiN。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)外PVD技術(shù)得到迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，到80年代末，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高速鋼復(fù)雜工具進(jìn)行PVD涂層處理的比例已超過(guò)60%[7]。因此，磁控濺射離子鍍已成為涂層沉積的主流技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工模具耐磨涂層、裝飾涂層、防蝕涂層、磁性涂層，并不斷向各個(gè)行業(yè)擴(kuò)大和深化其應(yīng)用，包括光學(xué)元件、醫(yī)學(xué)生物材料、半導(dǎo)體和超導(dǎo)材料等?！〈趴貫R射離子鍍磁控濺射離子鍍是把磁控濺射和離子鍍結(jié)合起來(lái)的技術(shù)，在同一個(gè)裝置內(nèi)既實(shí)現(xiàn)了氬離子對(duì)磁控靶的穩(wěn)定濺射，又實(shí)現(xiàn)了荷能鍍料離子在基體負(fù)偏壓作用下到達(dá)基體進(jìn)行轟擊、濺射、注入及沉積過(guò)程。雖然現(xiàn)在已經(jīng)研究出多種磁過(guò)濾技術(shù)，可有效減少或消除微細(xì)液滴[4,5]。目前存在的主要問(wèn)題是，從靶表面飛濺出微細(xì)液滴，在基體上冷凝致使涂層組織不均勻、表面粗糙度增加。　電弧離子鍍電弧離子鍍是20世紀(jì)70年代研究出的涂層技術(shù)，它利用固體陰極靶的弧光放電使靶材蒸發(fā)并離化，靶材離子在加有負(fù)偏壓的基體上沉積形成涂層?？招年帢O離子鍍廣泛應(yīng)用于裝飾、刀具、模具、精密耐磨件的涂層處理。它利用空心熱陰極弧光放電產(chǎn)生等離子體，等離子體的電子飛向陽(yáng)極坩堝中的鍍料，使其融化、蒸發(fā)、離化，在基體負(fù)偏壓的作用下，鍍料離子和中性粒子轟擊基體并沉積形成涂層。而非平衡磁控陰極的磁場(chǎng)大量向外發(fā)散，將等離子體范圍擴(kuò)展到基體（如圖11所示），形成大量離子轟擊，直接干預(yù)基體表面涂層沉積過(guò)程，改善涂層的性能。為了提高基體上的離子電流密度（ICD），20世紀(jì)90年代，開(kāi)發(fā)了非平衡磁控陰極。射頻濺射的缺點(diǎn)：電源昂貴，射頻輻射泄漏對(duì)人體有害。常用的濺射鍍技術(shù)為射頻濺射和磁控濺射。　物理氣相沉積常用于制備耐磨涂層的PVD技術(shù)有：濺射鍍、空心陰極離子鍍、電弧離子鍍、磁控濺射離子鍍。目前，CVD技術(shù)主要用于硬質(zhì)合金車削類刀具的表面涂層，涂層刀具適用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。正是這些缺陷限制了CVD的廣泛應(yīng)用。CVD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：適合鍍各種復(fù)雜形狀的部件，特別是有盲孔、溝槽的工件；涂層致密均勻；涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高。　耐磨涂層的制備技術(shù)　化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積硬涂層的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)中期，聯(lián)邦德國(guó)金屬公司在工模具表面上得到了TiC涂層。我國(guó)的刀具涂層技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，目前正處于關(guān)鍵時(shí)期，現(xiàn)有技術(shù)已不能滿足切削加工日益提高的要求，國(guó)內(nèi)各大工具廠的涂層設(shè)備也到了必須更新?lián)Q代的時(shí)期。隨著化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）技術(shù)的發(fā)展，刀具涂層工藝越來(lái)越成熟，涂層技術(shù)已成為提高刀具性能的重要手段。軟涂層包括：MoSWS六方氮化硼（hBN）等，其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，抗粘著磨損性能良好，這類涂層又稱為自潤(rùn)滑涂層。常用的耐磨涂層可分為兩大類：硬涂層和軟涂層。單一材料很難滿足這些性能要求，這就促進(jìn)了復(fù)合刀具材料的發(fā)展，為刀具涂層技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用提供了契機(jī)。同時(shí)，各種高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕和耐高溫的工程材料愈來(lái)愈多地被采用，它們中多數(shù)屬于難加工材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前難加工材料已占工件的40%以上[1]。m1. The friction coefficients of the MoS2Ti coatings slightly increase with the Ti content increasing, and the friction coefficients are lower on higher load. The friction coefficient of the MoS2HTi coating is lower than , retaining the low friction character of the MoS2 coating.The MoS2Ti coatings have excellent adhesion strength not only with high speed steel substrate, but also with multiponent nitride coatings. So the MCN+MoS2Ti posite coatings have good adhesion too.Various tools were coated with the different coatings for field test in several factories. For different cutting conditions especially for materials hard to cut, adjusting the coatings position and structure and optimizing the kinds and deposition process. These coatings are proving successfully to increasing the lifetimes of cutting tools by 1~9 times. And the surface qualities of the machined parts are also obviously improved. The industrial applications of the coatings have good economic and social benefits.Keywords: magnetron sputtering ion plating, CrTiAlN, CrSiN, MoS2, coated tools山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章　緒　論　選題的意義切削加工是金屬材料最基本的成型方法之一，在機(jī)械制造業(yè)中起著舉足輕重的作用，而刀具是保證切削加工順利進(jìn)行的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：磁控濺射離子鍍，CrTiAlN，CrSiN，MoS2，涂層刀具ABSTRACTCoating technique is an important means to improve performance of cutting tools. For preparation of coatings with excellent properties, multiponent nitride (MCN) coatings and MoS2Ti posite coatings were prepared and investigated in this thesis. And performances of these coatings were tested in practical industrial application, attempting to discover the better applicable cases of various coatings.TiAlN, CrTiAlN, CrSiN multiponent nitride coatings, MoS2Ti coatings and MCN+MoS2Ti posite coatings are prepared by closed field unbalanced magnetron sputtering ion plating. Incorporating interlayer and transition layer in order to improve the adhesion strength of the coatings. The effects of coating position and texture on coating hardness, adhesion and tribological properties were investigated. Various tools coated with the different coatings were applied to cutting constructional steel, aluminum alloy and stainless steel parts.All hardness of the MCN coatings is higher than 2000 HV. The hardness of CrSiN coating reaches to 2730 HV. Scratch tests indicated that the MCN coatings have good adhesion. Critical load (Lc) of the TiAlN coating is 58 N. Critical load (Lc) of the CrTiAlN and CrSiN coatings are high than 60 N. The CrTiAlN and CrSiN coatings have good mechanical properties. Incorporating Ti/TiN or Cr/CrN interlayer and transition layer can greatly improve adhesion of the MCN coatings, and the Cr/CrN interlayer has better effect.The MoS2Ti coatings are quasiamorphous structure. Codeposition titanium atom is in the space between the sulfur planes forming an interstitial solid solution of Ti in MoS2. Disorder of the coatings enhance with the increase of Ti content. The MoS2Ti coatings have excellent adhesion (Lc＞100 N). The hardness enhance with Ti content increasing. The hardness of the MoS2HTi coating is 980 HV, about twice of that of the MoS2 coating (550 HV). Pin on disc tests in atmosphere showed that the MoS2HTi coating is more wear resistant than the MoS2 coating. The specific wear rate of the MoS2HTi coating is 1017 m3MoS2Ti涂層不僅與高速鋼基體具有優(yōu)異的結(jié)合性，還能與多元氮化物涂層形成很好的結(jié)合，多元氮化物+MoS2Ti復(fù)合涂層也具有優(yōu)良的附著性。MoS2Ti涂層的摩擦系數(shù)隨鈦含量的升高而稍微增大，并且高載荷下摩擦系數(shù)較小。N1MoS2Ti涂層的硬度隨鈦含量的升高而提高，MoS2HTi涂層的硬度為980 HV，比MoS2涂層的硬度550 HV高將近一倍。MoS2Ti涂層具有類似非晶的結(jié)構(gòu)，共沉積的鈦原子間隙固溶于相鄰的硫原子層之間，涂層的無(wú)序度隨鈦含量的升高而增大。CrTiAlN和CrSiN涂層具有優(yōu)良的綜合性能。TiAlN、CrTiAlN、CrSiN多元氮化物涂層的硬度都大于2000 HV，其中CrSiN涂層的硬度達(dá)到2730 HV。測(cè)試了涂層的硬度、附著性和摩擦性能，研究了涂層的成分和組織結(jié)構(gòu)與其硬度、附著性和摩擦性能的關(guān)系。采用封閉場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)制備了TiAlN、CrTiAlN、CrSiN多元氮化物涂層、MoS2Ti涂層以及多元氮化物+MoS2Ti復(fù)合涂層。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文目　錄摘　要 IABSTRACT III第一章　緒　論 1　選題的意義 1　耐磨涂層的制備技術(shù) 2　化學(xué)氣相沉積 2　物理氣相沉積 2　耐磨涂層的發(fā)展現(xiàn)狀 5　硬涂層 5　軟涂層 7　硬軟復(fù)合涂層 9　耐磨涂層的作用機(jī)理和影響因素 9　刀具磨損的原因 9　耐磨涂層的作用機(jī)理 9　影響涂層刀具性能的因素 10　本課題的背景和由來(lái) 11　本課題的研究?jī)?nèi)容 11第二章　實(shí)驗(yàn)方法及原理 13　磁控濺射離子鍍?cè)砼c設(shè)備 13　磁控濺射離子鍍?cè)?13　磁控濺射離子鍍偏置基體的伏安特性 13　封閉場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備 15　涂層試樣的制備 16　基體材料的選取與基體預(yù)處理 16　涂層沉積工藝設(shè)計(jì) 16　涂層性能測(cè)試 19　涂層厚度的測(cè)量 19　涂層硬度的測(cè)試 19　涂層附著性的測(cè)試 20　涂層摩擦性能的測(cè)試 21　涂層成分及組織結(jié)構(gòu)分析 22第三章　多元氮化物涂層的結(jié)構(gòu)和性能研究 23　多元氮化物涂層的性能測(cè)試結(jié)果 23　多元氮化物涂層的厚度 23　多元氮化物涂層的硬度 23　多元氮化物涂層的附著性 23　多元氮化物涂層的成分及組織結(jié)構(gòu) 26　多元氮化物涂層的成分 26　多元氮化物涂層的XRD分析 28　多元氮化物涂層的TEM分析 30　討論分析 32　本章小結(jié) 34第四章　MoS2Ti涂層 35　MoS2Ti涂層的性能測(cè)試結(jié)果 35　MoS2Ti涂層的硬度 35　MoS2Ti涂層的附著性 35　MoS2Ti涂層的摩擦性能 37　MoS2Ti涂層的成分及組織結(jié)構(gòu) 38　討論分析 40　多元氮化物+MoS2HTi復(fù)合涂層的附著性及分析 40　本章小結(jié) 42第五章　涂層的工業(yè)應(yīng)用 43　涂層在汽車生產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用 43　涂層在鋁合金加工業(yè)的應(yīng)用 44　涂層在不銹鋼加工業(yè)的應(yīng)用 47　涂層工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益 48　涂層工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益 48　涂層工業(yè)應(yīng)用的社會(huì)效益 49　本章小結(jié) 50第