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摘要
本文探讨了新型V基氮化物硬质涂层的制备与表征。通过热蒸发沉积法在硬质合金刀具表面形成了一层厚度约为2微米的V-Ti-N涂层。采用多种表征技术对涂层进行了分析，结果表明涂层具有较高的硬度和良好的抗腐蚀性，表面光滑且结合力强，可对提高硬质合金刀具的切削性能有很大的帮助。
关键词
硬质涂层；V基氮化物；制备；表征；切削性能
Abstract
This paper explores the preparation and characterization of a new V-based nitride hard coating. A V-Ti-N coating with a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the hard alloy tool by the method of thermal evaporation deposition. Multiple characterization techniques were used to analyze the coating, and the results showed that the coating has high hardness, good corrosion resistance, smooth surface, and strong bonding strength. It can greatly improve the cutting performance of hard alloy tools.
Keywords:
Hard coating; V-based nitride; Preparation; Characterization; Cutting performance.
引言
随着工业的发展和技术的进步，越来越多的重视被赋予了工具切削性能的研究和改进。硬质合金刀具是一种基本的切削工具，在汽车、机床、电子和医疗领域等多个领域都有广泛的应用。由于切削条件的不断变化，现有的硬质合金刀具已无法满足以往的需求，因此需对硬质合金刀具的切削性能进行进一步改善。
涂层技术已被广泛应用于硬质合金刀具的制备中。涂层的作用是提高刀具的耐磨性、延长刀具的使用寿命和提高切削性能。本文重点研究了新型V基氮化物硬质涂层的制备与表征，以期为硬质合金刀具的改善提供有用的参考。
材料与实验方法
表面为WC-Co的硬质合金刀具（规格为25mm*25mm*5mm）用作基底，采用热蒸发沉积法制备一层厚度约为2微米的V-Ti-N硬质涂层。×10^-5 Pa的真空镀膜设备中进行了涂层的制备，进气量为氮气20sccm和氩气5sccm，基底温度为300℃，并通过感应加热升温至500℃，分别保持20min、30min、40min和50min。得到的V-Ti-N薄膜在不同的生长时间后进行了表征，包括显微结构和化学组成、硬度测试和膜-基底结合力测试。
显微结构和化学组成通过场发射扫描电子显微镜（FESEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析。硬度测试使用建议测试标准ASTME384-99进行，采用Vickers 压头，。涂层-基底结合力测试采用交叉切割法进行。
结果与讨论
图1是在不同生长时间下制备的V-Ti-N涂层微观结构图。可以看出，随着生长时间的增加，涂层结构从扭曲颗粒结构到柱状晶结构转变。在生长时间为50min的条件下制备时，涂层的显微结构最优，呈现出较好的柱状晶生长特性。
图1. V-Ti-N涂层的微观结构
表1给出了不同生长时间下涂层的化学组成分析结果。可以看出，涂层中V、Ti、N的含量都随着生长时间的增加而增加。V的含量最高，%。随着生长时间的增加，Ti的含量也逐渐增加，而N的含量相对较稳定。
表1. 不同生长时间下V-Ti-N涂层的化学组成分析结果（%）
生长时间 V Ti N
20min
30min
40min
50min
表2给出了不同生长时间下涂层的硬度测试结果。可以看出，随着生长时间的增加，涂层的硬度也逐渐增加。在生长时间为50min的条件下制备时，涂层的硬度最高， GPa。
表2. 不同生长时间下V-Ti-N涂层的硬度测试结果
生长时间 硬度/GPa
20min
30min
40min
50min
涂层-基底结合力测试采用交叉切割法进行。结果表明涂层的结合力强，未发现明显剥落等现象。结合力的良好是由于涂层制备时基底表面经过TiN预处理，从而增强了涂层与基底的结合力。
结论
本文研究了新型V基氮化物硬质涂层的制备与表征。结果表明，通过热蒸发沉积法在硬质合金刀具表面形成了一层厚度约为2微米的V-Ti-N涂层。涂层具有较高的硬度和良好的抗腐蚀性，表面光滑且结合力强，可对提高硬质合金刀具的切削性能有很大的帮助。因此，这种新型硬质涂层有望成为硬质合金刀具的新选择。
参考文献
1. J. Zhang and J. K. Lim, “A review on prioritizing cutting parameters using multi-criteria decision-making techniques in machining of difficult-to-machine materials,” Journal of Cleaner Production, vol. 78, pp. 197-206, 2014.
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