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河南省科技厅科技攻关计划项目（142102210504）“基于超硬TiAlN纳米多层薄膜制备的电弧离子镀新方法研究”,主要针对一所提出的具有实际意义的研究课题。经全体成员经过几年的努力,完成了既定的研究任务,取得了一些研究成绩,主要包括： 1.提出了多级磁场直管磁过滤和脉冲偏压复合的电弧离子镀方法。通过对磁过滤电弧离子镀和脉冲偏压方面研究文献的分析,指出将两者结合用于制备纳米多层薄膜,研究电弧离子镀新方法在纳米多层薄膜制备工艺和力学性能提升的影响规律。 2.采用分离靶直管磁过滤和脉冲偏压复合的方法实现了TiN/TiAlN纳米多层薄膜的制备。选择合适的单层沉积时间调整薄膜的调制周期,实现了对多层结构的控制,实现了具有不同调制周期的TiN/TiAlN纳米多层薄膜的制备,TiN/TiAlN多层薄膜的最大硬度为2495HV,薄膜的硬度增强符合混合法则,结合力达到75N。同时提出了具有四级磁场的多级磁场直线型磁过滤装置,申请并获得了了相关的国家发明专利。 3.研究了脉冲偏压参数对Ti大颗粒空间分布的影响规律。通过调整脉冲偏压幅值和占空比来减小大颗粒的缺陷,脉冲偏压占空比40%为最佳值,在基体的两种放置状态下都达到最小值,分别为静止时的1.9%和转动时的6.8%;当脉冲偏压幅值为400V时,薄膜表面的大颗粒所占的面积比最少,薄膜表面质量最佳。 4.研究了放置状态对Ti大颗粒空间分布的影响规律。选择基体表面与靶表面垂直放置,可以有效减少大颗粒的数目,降低大颗粒所占薄膜表面的面积比,提高薄膜表面的质量;在相同的脉冲偏压幅值下,转动状态下薄膜表面大颗粒出现的概率增大,导致大颗粒的总数目增加和部分尺寸较大的大颗粒出现,并且大颗粒的形貌差别较大,同一类型形貌的大颗粒分布方向无规律。 5.研究了沉积时间和工作间距对Ti大颗粒空间分布的影响规律。随着沉积时间的增加,薄膜表面的大颗粒数目在20min时达到最多,为了兼顾薄膜沉积厚度和减少大颗粒对薄膜性能的不利影响,沉积时间选择为30min～40min最佳;随着靶基间距的变化,薄膜表面大颗粒以典型的近圆形和椭圆形的形貌为主,为了消除大颗粒缺陷的不利影响,同时保证电弧离子镀制备薄膜的沉积速率,最佳的靶基距离为20～30cm。 虽然对本项目的研究,取得了一定的成绩,但与本项目密切相关的某些问题,诸如目前缺少在刀具基体沉积TiN/TiAlN纳米多层薄膜之后,在实际的高速切削加工过程中薄膜的抗高温氧化性能如何;薄膜是否发生了剥落,薄膜对于切削加工效率的提升效果如何等,都是需要进一步解决的问题。 以本项目研究成果为基础的进一步研究工作设想,已经获得了国家自然科学基金项目、河南省教育厅科学研究重点项目和郑州市前沿研究计划的资助。
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