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1、4.3.2 MoS2-Ti 复合涂层成分、精细组织构造检测结果与分析3MoS2-Ti 复合涂层的成分见表 8，由于涂层的厚度只有 1.11.3m，涂层的成分分析结果中包含钛过渡层中的钛元素，所以表 8 中的钛含量大于 MoS2-Ti 复合层的实际钛含量。氧是溅射沉积 MoS2 涂层中常见的杂质，以 MoO 或MoSO2-xx的形式存在，MoSO2-xx对涂层的性能影响不大，而MoO会降低涂层的3摩擦性能。由表 8 可以觉察，涂层氧含量随钛含量的增加而降低，说明共沉积钛可以降低 MoS2 涂层中的氧杂质含量，从而有利于提高涂层的摩擦性能。MoS2(002)0S)0SMoS2MoS -LTi2Mo
2、S -HTi22表 8MoS -Ti 复合涂层的成分at.%涂 层MoSTiOMoS221.8955.166.516.45MoS -LTi222.8354.0310.1313.01MoS -HTi220.8652.7113.9112.5210305070902/2图 27MoS -Ti 复合涂层的X 射线衍射谱3 种 MoS2-Ti 复合涂层的 XRD 谱见图 27，每一条谱线上都有两个衍射带。一个衍射带在 2 为 1020处，其中心约在 13，这是由MoS2002晶面衍射产生的；另一个很宽的衍射带在 2 为 3050处，这是由 MoS2100、101和103等晶面衍射产生的。MoS2002衍
3、射峰的中心位置随钛含量的增加 略微向低角度偏移，其衍射强度也随之降低。XRD 谱说明 MoS2-Ti 复合涂层具有类似非晶的构造，涂层可能是由纳米晶组成的，并且随着钛含量的增加，涂层22的无序度增大，MoS2 的 c 轴增长。获得类非晶涂层的缘由可能是共沉积钛阻碍了 MoS 晶核的形成和生长。共沉积的钛原子可能位于结合力较小的 MoS 晶层之间，即两相邻的硫原子层之间，使002晶面间距增大，因此使 MoS2 晶体的 c 轴增长。4.3.3 C-Cr 复合涂层成分、精细组织构造检测结果与分析X 射线衍射结果觉察，衍射谱上只有基体的衍射峰，没有觉察石墨或金刚石的衍射峰，因此涂层为非晶构造。从TEM
4、 照片可以看出，C-Cr 复合涂层为组织均匀、构造致密的非晶涂层。图为涂层与基体的交界处的组织形貌，可看出均匀分布的纳米晶粒，涂层与基体结合能谱分析说明其成分为铬和铁，电子衍射把戏说明其组织为体心立方构造铬，说明铬过渡层是纳米晶组织。这种纳米晶过渡层的形成，可能与低温沉积有关，铬离子或原子在温度较低室温的基体上形核后，没有足够高的能量进展迁移和集中，晶核生长速率很慢，因此形成纳米晶组织。Fe W CFe2 W C33204060802 /图 28C-Cr 复合涂层的X 射线衍射谱图 29C-Cr 复合涂层的TEM 照片和电子衍射把戏图 30铬过渡层的TEM 照片和电子衍射把戏u).a.s(on
5、t uCohnotP1000120014001600Raman Shift (cm-1)18002023图 31C-Cr 复合涂层的Raman 光谱和拟合结果C-Cr 复合涂层的 Raman 光谱图 31上在 11001800cm-1 之间有一个宽峰。将这个宽峰拟合并分成两个叠加的高斯峰，中心分别为 1367 cm-1 和 1521cm-1， 半高宽分别为 281 cm-1 和 272 cm-1，分别称之为 DDisorder峰和 GGraphite峰，D 峰和 G 峰的积分强度比 ID/IG 为 1。G 峰对应于层状 sp2 团簇构造，D 峰对应于无序的细小构造，G 峰的峰位和半高宽与 sp
6、2 团簇的尺寸、尺寸分布有关，ID/IG 与 sp2 团簇的数量和尺寸有关，反映着 sp2 和 sp3 的比值变化。通常无定形碳的 D 峰和 G 峰的位置分别位于 1350 和 1580 cm-1。C-Cr 复合涂层的 G 峰位于较小的波数处，G 峰半高宽较大，ID/IG 较小，说明涂层中 sp2 团簇尺寸和数量较大，存在较多的 sp3 键。说明共沉积的铬导致了局部范围内构造的某种重排，这种重排使石墨区的数量和尺寸都增加，从而使涂层同时具有低摩擦系数和较高的硬度。4.3.4 BCN 复合涂层组织构造检测结果与分析BCN 复合涂层的 X 射线衍射谱如图 32 所示，没有觉察B4C、h-BN、c-
7、BN、CN 或 BC2N 等相的存在，说明 BCN 复合涂层为非晶构造，这可能与低温沉积有关。可见，基体偏压和氮气流量的转变没有影响 BCN 复合涂层的结晶度。Fe W2CFe3W3CFe W2CFe3W3C20406080204060802 /2 /aBCN涂层bBCN涂层图 32BCN 复合涂层的X 射线衍射谱5 先进涂层的开发和应用先进涂层技术选择好开发、应用领域很关键，课题负责人依据多年与国外公司的合作阅历，特别是在英国 Teer 涂层公司进展的争论阅历，再加上对国内市场的调研结果，确定了比较重要的先进涂层开发和应用领域：汽车生产业、铝合金加工业和不锈钢加工业。同时也在量具、模具及其它
8、方面进展了先进涂层的开发和应用。5.1 先进涂层在汽车生产业中的开发和应用中国制造业在 GDP 中约占 42.5%。近年来，在汽车等产业的带动下，中国制造业平均每年以超过 20%的速度快速增长。2023 年我国生产汽车 444.37 万辆， 增长 36.7%，2023 年到达 500 万辆。估量到 2023 年，我国汽车产量将到达 1000 万辆，2023 年将到达 1400 万辆。当今汽车制造技术包括锻造技术、切削技术、焊接技术等。当前降低汽车制造本钱，促进汽车进入家庭、拉动消费，对汽车工业当前的富强具有现实意义。但是，就目前状况而言，汽车价格居高不下，其中一个很重要的缘由是汽车工具80%依
9、靠进口。为此，2023 年 5 月 28 日国家周密工具工程技术争论中心汽车工具国产化领导小组召开会议争论了“关于进一步做好汽车工具国产化”的问题。成都工具争论所与一汽群众、上海群众、神农富康、重庆庆铃等公司，工具行业局部企业共同努力，汽车工业国产化工作取得肯定成绩，但此项工作进展很慢。我们课题组也意在汽车工具国产化方面做点奉献，节约外汇，降低汽车本钱。这也是如前所述的指导思想，涂层的开发、应用从当前市场容量较大、对进口依靠性较强、技术含量确定值较高、投资额相对较小的高品质镀膜刀具入手。先进涂层在汽车生产业中的开发与应用，在省内两家汽车企业济南重汽桥箱事业部、一汽山东汽车改装厂现场试验。济南重
10、汽桥箱事业部现场试验所用刀具：4H16R 铣刀片，材质硬质合金， 涂层 CrTiAlN，现正在试验中。一汽山东汽车改装厂现场试验所用刀具：M161.5 丝锥，材质 M2 高速钢， 涂层分别为 TiAlN、TiAlNMoS2-Ti、CrTiAlN、CrTiAlNMoS2-Ti。应用效果：使用过程中丝锥产生崩刃和折断。CrSiN 涂层丝锥加工汽车后桥，现场试验结果见表 9。由表 9 可见，CrSiN 涂层处理过的 M161.5 丝锥，使用寿命提高为原丝锥寿命的 6.9 倍未镀膜前327 孔，沉积膜后 2256 孔。表 9M161.5 丝锥使用寿命统计表攻丝孔数/个处理条件数量/支第一支其次支第三支
11、第四支未镀膜CrSiN45164684264171632422322042280注：响声取下；崩刃；螺纹尺寸不合要求。铣刀片，材质为YC30S 硬质合金，涂层TiAlN、CrTiAlN，应用效果：使用中崩刃现象严峻，可能与基体性能有关。CrSiN 涂层处理过的铣刀片使用寿命无明显提高。5.2 先进涂层在铝合金加工业的开发和应用近年来，为了减轻关键产品和零部件的重量，铝合金在汽车、摩托车、航空、仪器仪表等制造业中的使用越来越多。在现代汽车工业中，由于铝合金能大幅度降低汽车的重量和提高燃油利用率，提高产品的竞争力，其应用将更加广泛。随着铝合金材料价格的不断降低，其机械加工本钱将成为制约汽车用铝合金
12、零件价格进一步降低的重要因素。争论铝合金材料的切削性能及其加工刀具将具有重要的意义。作为周密机械加工的一个典型产品，现代高性能汽车发动机用活塞多承受高硅铝合金材料有些在活塞的头部镶有耐磨铸铁环，其构造越来越简单，材质和内部金相组织不断改进，活塞纵向型线、横向截面椭圆越来越简单化，而且对活塞外表粗糙度的要求越来越高，对活塞切削加工刀具提出了的要求。对铝合金活塞的切削性能有重大影响的，甚至是起打算性作用的是硅颗粒的含量、大小、外形及其分布状况。硅颗粒的硬度很高 1000HV 左右，在切削加工时硅对刀具起磨损作用，由于硅渗入金属铝基而提高其强度，随着硅含量的增加，在同样的切削速度条件下刀具磨损加快，
13、寿命缩短。另外，铝合金的硬度低、熔点低，切削时发生粘刀现象，易形成积屑瘤，降低工件加工尺寸精度，增大加工外表粗糙度。因此，高硅铝合金材料属于难切削加工材料。铝活塞加工过程中影响刀具使用寿命有以下几个因素：刀具材料及性能；刀具外形及几何参数；切削方法，如车、铣、钻、磨等；切削参数包括切削速度、切削深度和进给量等；切削变形、切削力、切削温度；是否使用切削液及切削液的种类；活塞材料的成分、硬度、强度和加工性能等；机床的型号规格、功率、刚度等。因此，我们在考察涂层刀具现场试验寿命时，上述几条应全面考虑。山东省铝合金加工业还是很兴旺的，其中山东滨州渤海活塞股份规模世界第五，亚洲第三，中国第一。另外还有山
14、东日照双港活塞和栖霞市银云活塞液压件。表 103 麻花钻使用寿命统计加工活塞个数生产厂家处理条件试验支数第一支其次支第三支平均上工氧氮化3191197206198成量氧氮化3162156147155成量未镀膜3279287274280成量CrTiAlN3304310286300成量CrTiAlN+MoS2-Ti3296293281290试验条件：被加工材料：ZL109，润滑条件：5%冷却液牌号 CCF-21，加工速度：4000r/min，进给量：150mm/min，加工深度：20mm。生产厂家处理条件试验支数平均每支加工活塞数/个金达CrTiAlN+MoS -Ti5330金达未镀膜5270成量CrTiAlN+MoS -Ti5320成量氧氮化5170表 113 麻花钻使用寿命统计22试验条件：被加工材料：ZL109，润滑条件：5%冷却液
