Qin Qun,Fu Zeyu,Wang Tianguo*.Effect of substrate bias on structure and properties of TiAlCrN thin films deposited on H13 steel[J].Plating & Finishing,2023,(4):19-25.[doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2023.04.004]
基体偏压对H13钢表面镀TiAlCrN薄膜结构和性能的影响
- Title:
- Effect of substrate bias on structure and properties of TiAlCrN thin films deposited on H13 steel
- 关键词:
- TiAlCrN 薄膜; 多弧离子镀; 偏压; 氧化; 耐蚀性
- Keywords:
- TiAlCrN film ; multi-arc ion plating ; bias voltage ; oxidation ; corrosion resistance
- 分类号:
- TG156.88
- 文献标志码:
- A
- 摘要:
- 为了提高 H13 模具钢的表面性能和使用寿命，采用多弧离子镀技术在 H13 模具钢表面制备 TiAlCrN 薄膜，研究了基体偏压对 H13 钢表面镀 TiAlCrN 薄膜结构和性能的影响。结果表明：不同偏压下制备的 TiAlCrN 涂层表面都有不同大小的颗粒，在偏压为 100 V 时，大颗粒数量最少且均匀细小，涂层表面质量较好。随着偏压增大，制备涂层的 TiAlCrN （ 200 ）、 TiAlCrN （ 220 ）衍射峰峰强减弱， TiAlCrN （ 111 ）面择优取向变强。随着偏压的增加， TiAlCrN 涂层的硬度、结合力都呈先增大后减小趋势。在偏压为 100 V 时，有最大硬度值 2650.5 HV ，最大膜基结合力 26 N 。随着偏压增加， TiAlCrN 涂层试样氧化增重率先减少再增加。在偏压为 100 V 时，氧化增重率最低，在此工艺参数下制备的 TiAlCrN 涂层高温抗氧化性能最佳。在偏压为 100 V 时，制备的 TiAlCrN 涂层有最小的腐蚀电流密度，耐腐蚀性能最佳。
- Abstract:
- ： In order to improve the surface properties and service life of H13 die steel ， TiAlCrN film was prepared on H13 die steel by multi-arc ion plating technology. The effect of substrate bias on the structure and properties of TiAlCrN film deposited on H13 steel was studied. The results show that the TiAlCrN coating prepared under different bias pressures has particles of different sizes on the surface. When the bias voltage is 100 V ， the number of large particles is the least ， and the coating surface quality is good. With the increase of bias voltage ， the diffraction peak intensity of TiAlCrN （ 200 ） and TiAlCrN （ 220 ） of the prepared coating decreases ， and the preferred orientation of TiAlCrN （ 111 ） plane becomes stronger. With the increase of bias voltage ， the hardness and adhesion of TiAlCrN coating first increase and then decrease. When the bias voltage is 100 V ， the maximum hardness value is 2650.5 HV ， and the maximum film-based adhesion force is 26 N. With the increase of bias voltage ， the oxidation mass gain rate of TiAlCrN coating samples decreases first and then increases. When the bias voltage is 100 V ， the oxidation mass gain rate is the lowest. The TiAlCrN coating prepared under this process parameter has the best oxidation resistance at high temperature. When the bias voltage is 100 V ， the prepared TiAlCrN coating has the lowest corrosion current density and the best corrosion resistance.
参考文献/References:
[1] 王晓莉 , 张潇潇 , 常富强 , 等 . 高温均匀化退火及淬火介质对 H13 钢组织和力学性能的影响 [J]. 热加工工艺 , 2020, 49(18): 116-118.
[2] 王井 , 员霄 , 罗京帅 , 等 . H13 钢表面铁基、钴基熔覆层的组织与冲击韧性 [J]. 材料保护 , 2019, 52(3): 24-29, 94.
[3] 赵志刚 , 王树奇 , 张秋阳 , 等 . 高载荷作用下 H13 钢磨损行为的研究 [J]. 热加工工艺 , 2020, 49(22): 63-67.
[4] 周新军 , 李萌蘖 , 卜恒勇 . 提高 5CrNiMo 模具钢力学性能的研究进展 [J]. 热加工工艺 , 2019, 48(14): 1-6.
[5] 曹韩学 , 唐浩兴 , 贾从波 , 等 . 表面处理对模具钢耐蚀性能的影响 [J]. 金属热处理 , 2016, 41(7): 66-69.
[6] 段利利 . 基于 PVD 法制备 TiAlN 与 TiSiN 三元膜的组织与性能间关系研究 [D]. 长春 : 长春工业大学 , 2022.
[7] 付泽钰 , 王天国 . 多弧离子镀 TiAlCrN 薄膜的制备及其抗氧化性能研究 [J]. 材料保护 , 2022, 55(5): 35-40.
[8] 王赛玉 , 蔺绍江 , 陈肖 . Ti AlCrN 涂层的高温氧化行为 [J]. 中国表面工程 , 2013, 23(8): 2267-2273.
[9] Ma X F , Wu Y W , Tan J , et al. Evaluation of corrosion and oxidation behaviors of TiAlCrN coatings for nuclear fuel cladding[J]. Surface & Coatings Technology, 2019, 358(25): 521-530.
[10] Yamamoto K, Sato T, Takahara K, et al. Properties of (Ti, Cr, Al) N coatings with high Al content deposited by new plasma enhanced arc-cathode[J]. Surface & Coatings Technology, 2003, 174: 620-626.
[11] 胡涛 , 朱丽慧 , 刘振宇 , 等 . Si 、 Cr 的加入对 TiAlN 涂层抗氧化性能的影响 [J]. 硬质合金 , 2014, 31(3): 155-160.
[12] 周昆凤 , 周志明 , 涂坚 , 等 . 6W6Mo5Cr4V 钢表面 CrTiAlN 复合涂层的性能研究 [J]. 热加工工艺 , 2020, 49(6): 113-115, 120.
[13] 程立军 , 宋庆功 . 磁控溅射制备 TiAlCrN 硬质薄膜及其抗腐蚀性能 [J]. 材料保护 , 2009, 42(9): 16-18, 84.
[14] 唐明 , 代明江 , 韦春贝 , 等 . 基体偏压对 AlCrSiN 涂层结构及力学性能的影响 [J]. 材料导报 , 2018, 32(9): 3099-3103.
[15] 付泽钰 , 王天国 . 基体偏压对多弧离子镀制备 CrAlN 薄膜组织和性能的影响 [J]. 电镀与涂饰 , 2022, 41(13): 942-947.
[16] 杨玉婷 , 郭巧琴 . 蠕墨铸铁表面多弧离子镀 CrTiAlN 镀层抗氧化性研究 [J]. 电镀与精饰 , 2018, 40(10): 15-19.
[17] 李文生 , 孙绪伟 , 王永欣 , 等 . 多界面 CrN/CrAlN 涂层在海水环境中的腐蚀磨损性能研究 [J]. 中国表面工程 , 2022, 51(1): 69-78.
[18] 郭巧琴 , 李建平 , 郭永春 , 等 . 多弧离子镀 ( Ti, Cr) N 镀层耐蚀性研究 [J]. 电镀与精饰 , 2017, 39(8): 6-9.
相似文献/References:
[1]党文伟*,赵金龙,李晓升.多弧离子镀沉积TiCrN薄膜在中性盐雾环境下的腐蚀行为[J].电镀与精饰,2022,(11):64.[doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2022.11.012]
DANG Wenwei*,ZHAO Jinlong,LI Xiaosheng.Corrosion Behavior of TiCrN Film Deposited by Multi-Arc Ion Plating in Neutral Salt Spray Environment[J].Plating & Finishing,2022,(4):64.[doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2022.11.012]
备注/Memo
收稿日期： 2023-01-31 修回日期： 2023-02-26 作者简介： 覃群（ 1981 —），女，硕士，副教授， email ： qinqun0806@163.com * 通信作者： 王天国（ 1978 —），男，博士，教授， email ： tgwang1978@sina. com 基金项目： 湖北省教育厅科学技术项目（ Q20181802 ）；湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（ T201811 ）?/html>