Temperaturi ridicate de frecare și uzură ale temperaturii AlCrN, pregătite de tehnica de acoperire cu arc catodic

Acoperirea AlCrN a fost preparată pe suprafața sculei de tăiat ceramice TiC prin metoda de acoperire cu ioni catodici. Comportamentul la frecare și la uzură al stratului de acoperire la sarcini diferite la 900 ° C a fost investigat prin metoda de contact cu bila / plan. Profilul de urmărire a uzurii și morfologia microscopică au fost observate prin scanarea cu microscopie electronică. Schimbările elementelor chimice și ale fazelor pe suprafața stratului de acoperire după uzură au fost analizate prin spectroscopie cu dispersie energetică și difracție cu raze X. Rezultatele arată că după oxidare la 900 ° C, toate elementele N din stratul de acoperire sunt eliberate pentru a forma oxizi de Al și Cr, ceea ce îmbunătățește proprietățile de lubrifiere și uzură. Coeficienții medii de frecare ai învelișului au fost 0,1455, 0,3939 și 0,4188 sub sarcina de 600, 800 și 1000 g. Acesta a prezentat excelente proprietăți de frecare atunci când este încărcat cu 600g și este potrivit pentru prelucrarea precisă. La temperaturi ridicate, acoperirile AlCrN prezintă uzură oxidativă, însoțită de o cantitate mică de uzură abrazivă și uzură adezivă.

Odată cu dezvoltarea de tăiere uscată de mare viteză, de înaltă precizie și eficientă, tehnologia de acoperire a suprafeței este principala modalitate de a îmbunătăți în mod eficient performanța sculelor. Suprafața CrN are avantajele unei durități ridicate, rezistenței ridicate la uzură și unui factor de frecare scăzut. Este utilizat pe scară largă în modificarea suprafeței sculei. Cu toate acestea, temperatura de lucru a stratului de acoperire CrN este de numai 650 ° C, ceea ce nu este adecvat pentru prelucrarea la temperaturi înalte. Cristalul CrN este o structură cubică centrat pe față. După adăugarea atomilor de Al, sunt înlocuiți niște atomi de Cr în CrN și atomii de Al sunt dizolvați în cristale de CrN. Apoi, structura cristalină CrN se modifică de la structura hexagonală la cea centrală, iar microstructura, proprietățile mecanice și proprietățile de uzură au fost afectate în mod semnificativ.

Două tipuri de oxizi compuși Cr2O3 și Al2O3 au fost formați la temperatură înaltă pentru a-și spori stabilitatea termică, temperatura antioxidantă a acestuia poate atinge 900 ° C și poate menține în continuare duritatea ridicată, rezistența ridicată la uzură, rezistența la oxidare la temperaturi ridicate și aderența la substrat pentru performanțe bune, considerăm că este adecvată pentru tăierea eficientă uscată a angrenajelor foarte mari. Autorii au folosit metoda de acoperire cu catod arc pentru a prepara acoperiri AlCrN pe suprafata cerametelor TiC si analiza comportamentul la frecare si uzura la 900 ° C, care a furnizat o referinta tehnica pentru prelucrarea eficienta a angrenajelor super-mari.

Metoda de test

Materialul de bază este o unealtă de tăiat ceramică pe bază de TiC, care este realizată prin sinterizarea TiN cu nanometri, amestecată cu TiC de dimensiune mic, în care faza dură este TiC și TiN, iar adezivul este Ni. Compoziția sa chimică (raportul de masă) este Ti51,26%, W19,55%, C12,92%, Ni7,63%, Co8,64%. După degresare și sablare, proba a fost curățată cu ultrasunete cu soluție de acetonă și deshidratată cu etanol anhidru. După uscare într-un cuptor cu temperatură constantă, acesta a fost acoperit pe o mașină de acoperire PVT. Utilizând puritatea de 99,99% a Cr și Al ca ținte, parametrii de acoperire: gradul de vid 3 × 10-3 Pa, temperatura cuptorului 500 ° C, gazul de reacție N2, timpul de acoperire 120 min. Folosind gaz N2 ca protecție, după recoacere la 180 ° C timp de 2 ore, folosind acetonă în curățarea cu ultrasunete NC tip KQ2200DE și apoi curățarea cu ultrasunete cu apă deionizată și în final uscată cu un uscător de păr pentru a obține proba necesară. Caracteristicile de uzură la frecare ale stratului de acoperire AlCrN la 900 ° C au fost investigate de un testor de frecare și de uzură cu temperatură ridicată HT-1000. Parametrii de încercare au fost: sarcina de 600, 800 și, respectiv, 1000 g, temperatura a fost de 900 ° C și a fost reglată printr-un controler de temperatură programabil în 30 de etape. Precizia este de 0,2% FS (scală completă), bilele ceramice sunt folosite pentru șlefuirea pieselor și raza de frecare este de 3mm, viteza de rotație este de 1000r / min. După testul de uzură, a fost observată morfologia de suprafață a acoperirii înainte și după uzura la temperaturi ridicate cu un microscop electronic cu scanare SUPRA55. Compoziția chimică și schimbarea de fază a stratului de acoperire înainte și după uzura la temperaturi înalte au fost analizate cu ajutorul unui microscop electronic cu scanare (EDS) și a unui instrument de difracție a razelor X (XRD) D / max2500PC pentru a studia mecanismul de defecțiune a uzurii stratului de acoperire AlCrN temperatura.

Analiza și discutarea rezultatelor

Figura 1 (a) prezintă morfologia de suprafață a acoperirii AlCrN la temperatura camerei. Particulele de pe suprafață sunt relativ mici. Motivul este că randamentul de sputter al țintei Al crește, iar rata de nucleare a stratului crește în consecință. Suprafața stratului de acoperire este relativ netedă și există multe gropi de diferite dimensiuni care datorită efectului de pulverizare inversă a suprafeței de acoperire cauzate de bombardarea ionică. Într-o anumită măsură, rugozitatea suprafeței stratului este redusă. Fracțiunea de masă a elementelor chimice de acoperire AlCrN: Al36,72%, Cr36,11%, N27,18%; fracția atomică: Al34,06%, Cr17,38%, N48,56%, așa cum se arată în figura 1 (b) de mai jos. Compoziția de acoperire AlCrN este Al, Cr și N trei elemente, raportul dintre numărul de atomi apropiat de 2: 1: 3 și care arată că învelișul este compus în principal din nitruri de Al și Cr, ceea ce este benefic pentru îmbunătățirea duritatea și rezistența la oxidare a învelișului.

Fig.1 Morfologia suprafeței și analiza EDS a acoperirii AlCrN

Concluzie

(1) După oxidare la 900 ° C, toate elementele N din stratul de acoperire sunt eliberate și Al2O3 și Cr2O3 sunt formate pe suprafață. Dintre acestea, oxidul de Al2O3 are un efect de reducere a frictiunii în procesul de uzură. Cr2O3 îmbunătățește duritatea stratului și proprietățile de uzură ale stratului de acoperire.

(2) Sub acțiunea sarcinilor de 600, 800 și 1000g, coeficientul mediu de frecare al stratului de acoperire este de 0,1455, respectiv 0,3939, respectiv 0,4188. Dintre acestea, caracteristicile excelente de frecare sunt expuse la o încărcătură de 600g, care este potrivită pentru prelucrarea precisă.

(3) În procesul de frecare la 900 ° C, se produc o cantitate mare de oxizi în cicatricile de uzură ale stratului de acoperire, care este cauzată de difuzia atomilor de matrice la temperaturi ridicate și se caracterizează prin uzura oxidării, cu o cantitate mică de uzură abrazivă și uzură adezivă.