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利用CVD 制备的TiCN 涂层微观组织研究 张宏鹏，蒋天颖，徐培全 （上海工程技术大学材料工程学院，上海201620 ） 摘 要：涂层刀具的出现，使现代化的金属切削加工对刀具的高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿命、高精度 和良好的切削控制性要求有了重大突破。产品广泛用于航空航天、能源、汽车等领域。本文利用化学沉积方法（CVD ） 方法进行碳化物涂层的制备，然后进行涂层的剖切及制样，通过显微镜观察、XRD 、扫描电镜等方法揭示基体与涂层 界面的微观及组织分布特征。结果表明：利用CVD 方法，通过Al O 和TiN，可以获得TiCN 涂层。 2 3 关键词：CVD ；碳化钨；涂层；显微组织 0 前言 还可以采用多层涂层，此类涂层在表层与刀具基体 之间还嵌入了其它涂层，可以进一步提高刀具的使 涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或 用寿命。此外还有始于上世纪末本世纪初的类金刚 [5-7] 高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆 石（DLC ）涂层等 。 一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物（也可 本研究利用 CVD 方法，在碳化钨的基体上， 制备了中间层Al O 和TiN，获得TiCN 外层。 涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片 2 3 上）而获得的。涂层作为一个化学屏障和热屏障， 涂层刀具的构成减少了刀具与工件间的扩散和化 1 涂层制备方法 学反应，从而减少了月牙槽磨损。涂层刀具具有表 面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、 （1）制备内层涂层：以碳化钨为基体，采用 CVD 技术制备TiN 层，反应气体TiCl , N , H 和 摩擦因数小和热导率低等特性，切削时可比未涂层 4 2 2 刀具提高刀具寿命 3-5 倍以上，提高切削速度 Ar 。反应温度850-1050 摄氏度；沉积时间根据需要 20%-70%，提高加工精度 0.5-1 级，降低刀具消耗 达到的涂层厚度所设定的增长率确定，在碳化钨表 费用20%-50% 。涂层刀具已成为现代切削刀具的标 面制备内层涂层。 志，在刀具中的使用比例已超过50%[1-2] 。涂层技术 （2 ）制备中间层涂层：采用与步骤（1）相同 [3] 的CVD 工艺（AlCl –H –CO ）在内层涂层的表面 成为高速切削刀具制造的关键技术之一 。 3 2 2 制备一层Al O 中间层涂层。 刀具涂层技术在国外发展的较早，自 1969 年 2 3 德国Krupp 公司和瑞典Sandvik 公司研发成功化学 （3 ）制备外层涂层：采用与步骤（1）相同的 [4] CVD 工艺在内层涂层的表面制备一层氮碳化钛 气相沉积（CVD ）涂层技术 ，常用的涂层有氮化 钛涂层（TiN ）、氮碳化钛涂层（TiCN ）、氮铝钛或 Ti(C,N) 的外层涂层。 氮钛铝涂层（TiAlN/AlTiN ）、氮化铬涂层（CrN ）、 共制备