硬质涂层的类型
TiN 是最早应用于切削刀具的硬质涂层,具有高强度、高硬度、耐磨损等优点,是第一个产业化并广泛应用的硬质涂层材料,广泛应用于涂层刀具和涂层模具。TiN 硬质涂层最初是采用热 CVD 技术在 1000℃高温进行沉积的,现在可采用阴极电弧离子镀、磁控溅射镀、空心阴极离子镀、热丝弧离子镀、PECVD 等技术在500℃下获得。该涂层在较长时期内被用于高速钢成形刀具和模具的表面硬化金属材料加工和模具制造等领域。在500℃下沉积 TiN,开辟了离子镀膜技术沉积涂层刀具的先河。现已在此基础上研发出多种成分的硬质涂层,以满足高端加工业发展的需求:在 TiN的基础上研发出以氮化物、碳化物为基础的二元、三元、四元普通硬度的硬质涂层,以及以这些硬质涂层为基础的超硬纳米涂层,还有本身具有超高硬度的本征超硬涂层。
硬质涂层的主要性能指标是硬度,按照涂层硬度可以将硬质涂层分为三种类型:普通硬质涂层、超硬纳米涂层和本征超硬/极硬涂层,如下列表格所示。
类型 | 硬度/GPa | 包含涂层种类 | 结合键特征 | 硬化机制 |
普通硬质涂层 | <40 | 二元、三元、四元、氮化物、碳化物、硼化物、氧化物 | 金属键化合、离子键化合 | 固溶硬化、多相硬化 |
超硬纳米涂层 | 40~80 | 超硬纳米多层
| 调制周期5~10nm
| 细晶强化、共格协调应变、模量差理论 |
超硬纳米复合涂层 | 纳米晶、非晶-纳米晶、纳米晶结构硬化 | 纳米晶、非晶-纳米晶、纳米晶硬化 | ||
本征超硬/极硬涂层 | >80 | 金刚石、C3N4、c-BN | 共价键化合物 | 极性共价晶硬化模型 |
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