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TiN系涂层多元多层强化研究进展

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-13  浏览次数:686

摘要:TiN系涂层具有高硬度、高耐磨性,低摩擦系数和良好的化学稳定性,在工模具上获得广泛的应用。多元多层合金化是强化TiN膜的有效途径之一,也是目前研究的热点。本文介绍了几种多元多层TiN薄膜的沉积技术及性能特点,并指出了国内TiN涂层的发展趋势。

关键词:多元合金强化,纳米复合,多层,TiN涂层

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。

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