当(dang)代切(qie)削(xue)加工技(ji)术(shu)的(de)快速发(fa)展(zhan)对(dui)刀(dao)具(ju)的(de)材(cai)料和性能提出了更高的要(yao)求，干(gan)式、高速切削(xue)成(cheng)为刀(dao)具切削发(fa)展的(de)方(fang)向。在(zai)刀具(ju)表面(mian)沉(chen)积硬质薄(bao)膜成(cheng)为(wei)改善和提(ti)高刀具使用(yong)性能(neng)的(de)可行途径(jing)之(zhi)一[1-2］。TiN、TiC、TiCN和TiＡｌＮ硬(ying)质薄膜(mo)是较(jiao)早(zao)出(chu)现的(de)几(ji)种刀(dao)具(ju)表(biao)面保护(hu)层，也(ye)是(shi)目(mu)前(qian)在(zai)机(ji)械(xie)领(ling)域(yu)内(nei)仍(reng)广(guang)泛(fan)应(ying)用(yong)的防护薄(bao)膜。TiCN薄(bao)膜(mo)由(you)于(yu)具有(you)高(gao)的(de)硬度(du)和低的摩擦系数，其(qi)耐(nai)磨性(xing)非常(chang)好(hao)，因此被广(guang)泛(fan)应用(yong)于刀具、模(mo)具以及耐磨零(ling)件上(shang)[3-5］。
TiCN薄膜的(de)制备(bei)方(fang)法主要为(wei)气(qi)相(xiang)沉积法，包(bao)括化(hua)学气相(xiang)沉(chen)积(ji)（CVD）法和(he)物理气相(xiang)沉(chen)积（PVD）法[6］。CVD法制备薄膜过程中(zhong)炉(lu)内温度通常(chang)高于850℃，即使(shi)是中温化学(xue)气(qi)相(xiang)沉(chen)积(ji)技(ji)术（MT-CVD），其工作(zuo)温度一(yi)般也(ye)在(zai)600℃左(zuo)右，超出(chu)了钢质工模具及零件(jian)的(de)回(hui)火温(wen)度，因(yin)此该(gai)方法(fa)不适合(he)在(zai)钢质基(ji)体(ti)上进(jin)行(xing)涂(tu)层(ceng)处(chu)理。PVD法(fa)制(zhi)备(bei)薄(bao)膜(mo)的工作(zuo)温(wen)度(du)一(yi)般在500℃以(yi)下(xia)，可(ke)以满足(zu)钢(gang)质基体的涂(tu)层(ceng)要(yao)求。
目(mu)前(qian)，PVD法大(da)多采(cai)用(yong)CH4或(huo)C2Ｈ2作为(wei)C源(yuan)制备(bei)TiCN薄膜，在制备过程(cheng)中通过调节(jie)气体(ti)流量比可(ke)获(huo)得不同(tong)元素含量(liang)比(bi)例和(he)不同(tong)性能(neng)的TiCN薄(bao)膜(mo)[7-9］。但这(zhe)种方(fang)法(fa)存(cun)在(zai)的(de)问(wen)题是(shi)，过量的碳源(yuan)气体会(hui)对镀(du)膜机炉(lu)体内(nei)部结构造(zao)成(cheng)严重污染，炉(lu)内型壁(bi)残留的(de)碳疏松(song)层在下(xia)次(ci)镀膜时(shi)将发(fa)生(sheng)释放(fang)，干(gan)扰薄膜的沉(chen)积(ji)气氛，对(dui)连续生产不利(li)，在(zai)工业生产中常导致(zhi)薄膜工件(jian)性(xing)能的(de)不稳(wen)定。
采(cai)用固(gu)体(ti)C源制(zhi)备TiCN薄(bao)膜可以大大(da)减小(xiao)或(huo)避免(mian)对(dui)炉体(ti)的(de)污染。反(fan)应(ying)磁控(kong)溅(jian)射是PVD法(fa)的(de)主(zhu)要技(ji)术之一(yi)，该(gai)方法(fa)制备的(de)涂层(ceng)表面(mian)不(bu)存在大(da)颗粒现象，涂层的表面质(zhi)量(liang)较(jiao)好，可(ke)以在(zai)钢质基(ji)体上(shang)制(zhi)备(bei)TiCN薄膜(mo)。ＧｕｏｊｕｎZｈａｎｇ等[10］在氮气与(yu)氩(ya)气(qi)的混(hun)合(he)气(qi)氛下，利用(yong)溅射(she)石墨靶(ba)和(he)钛(tai)靶(ba)的(de)方法(fa)制(zhi)备(bei)了TiCN薄(bao)膜，指出(chu)随着石墨靶溅射(she)功率(lv)的(de)增(zeng)大(da)，沉(chen)积(ji)效率(lv)提高(gao)，在(zai)相(xiang)同时间内得(de)到的薄(bao)膜总(zong)厚度和(he)调制(zhi)周期(qi)均增加(jia)；随着溅(jian)射(she)靶功率增(zeng)大，TiCN薄膜(mo)的结(jie)构(gou)发(fa)生(sheng)改变，（111）和(he)（220）晶面(mian)取(qu)向(xiang)逐(zhu)渐减(jian)弱，TiCN薄膜的(de)硬度先(xian)增大后减小(xiao)，最(zui)高硬(ying)度(du)达(da)40GPa以(yi)上；TiCN薄膜(mo)的摩(mo)擦(ca)系(xi)数随着石(shi)墨(mo)靶溅(jian)射功率(lv)的(de)增大而(er)减(jian)少(shao)，最终(zhong)保持在0.2左右。许俊(jun)华等[11］通(tong)过(guo)磁(ci)控(kong)溅射(she)技术采(cai)用(yong)固体(ti)碳源(yuan)制备TiCN薄(bao)膜(mo)，该(gai)研(yan)究得(de)出(chu)的(de)石墨(mo)溅射靶功率对TiCN薄膜(mo)结(jie)构和硬(ying)度(du)的(de)影(ying)响规(gui)律(lv)与石(shi)墨靶溅射电(dian)流(liu)基本(ben)一致(zhi)。但上述研究报(bao)道(dao)均(jun)未(wei)对(dui)TiCN薄(bao)膜(mo)的(de)成分进行(xing)检(jian)测(ce)，不(bu)清(qing)楚采(cai)用固体碳(tan)源(yuan)所(suo)制备的(de)TiCN薄膜(mo)中的碳含(han)量(liang)情(qing)况，也未对TiCN薄膜与基体的(de)结(jie)合(he)强度进行分(fen)析(xi)。
文中采用(yong)四(si)川大(da)学(xue)研(yan)发的RZP-800中(zhong)频(pin)反应(ying)磁控(kong)溅射(she)镀(du)膜机(ji)，利用石墨(mo)靶作(zuo)为碳(tan)源(yuan)，代替CH4或C2Ｈ2，在氮气和氩(ya)气的(de)混合气氛下通过共溅(jian)射(she)石墨(mo)靶(ba)与(yu)钛靶(ba)制备(bei)TiCN薄膜(mo)，并对该(gai)制(zhi)备(bei)方(fang)法(fa)下获(huo)得的TiCN薄(bao)膜(mo)的成分、结(jie)构(gou)、硬(ying)度和(he)结合(he)强(qiang)度(du)进行了(le)分析(xi)和研究，同时(shi)考察了(le)通(tong)过该方(fang)法(fa)在(zai)高速钢(gang)丝锥表面沉(chen)积(ji)的(de)TiCN薄(bao)膜(mo)的实际应用(yong)情(qing)况(kuang)。
1、实(shi)验方法(fa)
1.1材料(liao)与薄膜制备(bei)工(gong)艺
选用Ｍ2高(gao)速(su)钢作(zuo)为基体材料，试样(yang)大(da)小为(wei)6mm×6mm×10mm，并(bing)准(zhun)备(bei)相(xiang)同材(cai)质(zhi)的(de)Φ10mm规格的(de)丝(si)锥数支(zhi)，用于(yu)切(qie)削试验(yan)。溅(jian)射靶材为钛金属靶(ba)（纯(chun)度99.99％）和(he)石(shi)墨靶（纯度99.99％）各(ge)1对，两(liang)种靶材（4个靶）交替均匀(yun)布(bu)置在(zai)镀(du)膜(mo)室(shi)内壁(bi)。
镀(du)膜前对试样表面(mian)进(jin)行打磨(mo)，去除肉眼(yan)可(ke)见的(de)宏(hong)观划(hua)痕，并抛光至镜(jing)面，随(sui)后将丝(si)锥与(yu)试样(yang)一起(qi)进行(xing)喷砂(sha)处(chu)理，去(qu)除浅表层的(de)污染，经(jing)过超声(sheng)波(bo)清洗后(hou)吹干(gan)装(zhuang)炉(lu)。抽(chou)真(zhen)空(kong)至9.0×10-3Pａ，对工(gong)件预(yu)热60min，随(sui)后在(zai)负(fu)偏(pian)压(ya)下(xia)利用(yong)氩离(li)子轰击的(de)效(xiao)应对(dui)基体刻(ke)蚀清洗(xi)30min。为(wei)改(gai)善(shan)薄(bao)膜(mo)与基(ji)体之间(jian)的结合强度，蒸发(fa)坩埚内(nei)的(de)Ti金(jin)属(shu)块(kuai)在(zai)基(ji)体上沉积(ji)沉(chen)积一层Ti金(jin)属(shu)过(guo)渡层。最(zui)后(hou)，在(zai)压(ya)强为(wei)4.5×10-1Pａ条(tiao)件(jian)下，共(gong)溅(jian)射石墨(mo)靶(ba)和(he)钛(tai)靶(ba)制(zhi)备(bei)TiCN薄膜(mo)，时间(jian)3ｈ。镀膜(mo)完(wan)毕(bi)后冷(leng)却(que)1ｈ，取出试(shi)样。
1.2薄膜结(jie)构与(yu)性能(neng)表征
采用(yong)Ｓ-4800（ＨｉｔａCHｉ，ＪａPａｎ）扫(sao)描(miao)电(dian)镜(jing)（ＳＥＭ）观(guan)察TiCN薄膜(mo)的断(duan)口组(zu)织和表(biao)面(mian)形(xing)貌(mao)，并用(yong)仪(yi)器(qi)附(fu)带的(de)Ｘ射线能(neng)谱仪(yi)（ＥＤＳ）分析薄膜(mo)的元(yuan)素(su)含(han)量。采(cai)用(yong)Ｘ′PｅRｔPRｏ型（PｈｉｌｉPｓ，Ｈｏｌｌａｎｄ）Ｘ射线(xian)衍(yan)射（ＸRＤ）仪(yi)分析镀(du)层(ceng)的(de)物相组成(cheng)和(he)晶粒大(da)小(xiao)。采用ＮａｎｏＩｎｄｅｎｔｅRＸP测(ce)试(shi)系(xi)统（Ａｇｉｌｅｎｔ，ＡｍｅRｉCａ）分析(xi)涂(tu)层的硬度(du)和弹(dan)性模量(liang)。同(tong)时(shi)采用(yong)压痕(hen)法(fa)和(he)划痕法(fa)评(ping)价薄膜与基(ji)体(ti)的结合强度(du)，压(ya)痕(hen)法采(cai)用ＨR-150Ａ洛氏硬度(du)计，载(zai)荷为(wei)150ｋｇ；划(hua)痕法采用ＨＨ-3000型(xing)划痕试(shi)验仪，终止载(zai)荷(he)100Ｎ。采(cai)用(yong)Z5135型立(li)式(shi)钻床(chuang)对(dui)丝锥进行(xing)切削试(shi)验(yan)，钻床(chuang)主(zhu)轴(zhou)转速(su)为530R／min，被攻丝(si)材料(liao)为(wei)40CR调质钢，调质(zhi)后(hou)硬(ying)度(du)为ＨRC29～32。
2、结果(guo)与(yu)讨论
2.1成(cheng)分与(yu)形貌(mao)分(fen)析(xi)
表(biao)1为TiCN薄膜与TiN薄(bao)膜各组成元素的含量。从表(biao)中(zhong)可(ke)知，TiCN与(yu)TiN薄膜中金(jin)属与非(fei)金属原子(zi)含(han)量比(bi)例约为1∶1，其(qi)中(zhong)TiCN薄(bao)膜(mo)中C元素的含量达(da)17％（原子比(bi)），约为Ｎ原子(zi)含量(liang)的一(yi)半，这(zhe)表(biao)明(ming)通过溅(jian)射(she)固体(ti)石墨(mo)靶(ba)的(de)方(fang)法(fa)可以(yi)在TiN薄膜(mo)中添(tian)加C元(yuan)素，实现(xian)碳氮(dan)化(hua)物薄膜的制(zhi)备。
从图中可(ke)知(zhi)，薄膜(mo)均由(you)两(liang)层构成(cheng)，Ti过渡层和(he)外(wai)层薄(bao)膜(mo)。Ti过(guo)渡层(ceng)厚度(du)约为(wei)200nm，TiCN薄膜与TiN薄膜(mo)的厚度约(yue)为800nm。TiN薄膜的断(duan)口(kou)呈规则(ze)的粗大长(zhang)块状，方向(xiang)垂直与(yu)膜／基(ji)界面。TiCN薄膜(mo)的截面(mian)组(zu)织(zhi)仍(reng)为(wei)近似于(yu)柱(zhu)状(zhuang)的长块(kuai)状(zhuang)结(jie)构(gou)，但(dan)块(kuai)状(zhuang)的(de)横向(xiang)尺(chi)寸较TiN薄膜小，这可(ke)能是(shi)因(yin)为C原子的(de)引入，增(zeng)加(jia)了(le)成膜初(chu)期原(yuan)子的(de)形核率，导致(zhi)生长点(dian)增(zeng)多，使最终(zhong)形成(cheng)的长(zhang)块状组(zu)织的横向尺(chi)寸(cun)减小。图(tu)2为(wei)TiCN薄膜与TiN薄膜的(de)表面形貌。
从(cong)图中(zhong)可(ke)知，薄膜(mo)表面呈凹(ao)凸(tu)状结构，这(zhe)可(ke)能与薄膜(mo)原子纵(zong)向(xiang)堆(dui)垛的的生长方(fang)式(shi)有(you)关，结(jie)合断口(kou)结(jie)构(gou)特(te)征(zheng)可知，沉(chen)积原子(zi)在(zai)能量较高的(de)位(wei)置优先形核(he)，并垂直于(yu)界(jie)面(mian)方向堆垛，形成(cheng)近似岛状或(huo)柱(zhu)状(zhuang)的长块状结构(gou)，后(hou)沉(chen)积的(de)原子填(tian)充(chong)到(dao)岛(dao)状之间的间(jian)隙(xi)横向(xiang)生(sheng)长，这(zhe)种先(xian)后生(sheng)长(zhang)方式使得涂层表面(mian)凹(ao)凸不平(ping)。与TiN薄(bao)膜相比，TiCN薄膜(mo)凹(ao)凸(tu)状(zhuang)结构(gou)变(bian)得(de)模糊，表面(mian)存在(zai)的(de)微颗(ke)粒增(zeng)多。
2.2物(wu)相(xiang)分(fen)析
图3为(wei)TiN和TiCN薄(bao)膜(mo)的ＸRＤ衍(yan)射图谱。
从(cong)图中可(ke)知，TiN薄膜(mo)的衍(yan)射(she)峰与(yu)面(mian)心(xin)立方结构(gou)的(de)TiN相（PＤＦ＃38-1420）对(dui)应，TiN在(zai)（111）晶面的衍(yan)射(she)峰极(ji)强，这(zhe)表明该(gai)薄(bao)膜(mo)发生了(le)明(ming)显的择优(you)取(qu)向，（111）衍(yan)射峰(feng)非(fei)常尖(jian)锐(rui)，说明(ming)结(jie)晶(jing)较(jiao)好[12］。TiCN薄(bao)膜的衍(yan)射峰(feng)介于TiN相(xiang)和(he)TiC相(xiang)之(zhi)间(jian)，这表明TiCN薄(bao)膜(mo)是(shi)以(yi)TiN或TiC为(wei)基的固(gu)溶(rong)体(ti)[3］。由(you)于(yu)C原(yuan)子半径(jing)大于(yu)Ｎ原(yuan)子，当(dang)C原子(zi)部(bu)分替代(dai)TiN晶格(ge)中的Ｎ原(yuan)子(zi)时(shi)，晶格(ge)发(fa)生(sheng)膨胀(zhang)，TiCｘＮｙ的(de)衍(yan)射(she)峰(feng)向TiN衍射(she)峰(feng)的(de)左(zuo)边(bian)移动，若是Ｎ原(yuan)子(zi)部分(fen)替(ti)代TiC晶格中(zhong)的(de)Ｎ原(yuan)子(zi)，晶格(ge)将发(fa)生(sheng)收(shou)缩，晶(jing)格常数(shu)变小，TiCｘＮｙ的(de)衍(yan)射(she)峰(feng)向TiC衍(yan)射(she)峰的(de)右边(bian)移动[11］。在(zai)2θ约(yue)为(wei)45°的(de)位置出(chu)现了(le)较(jiao)强的(de)衍射(she)峰(feng)，这是(shi)基体(ti)（Ｆｅ）的衍射峰(feng)，这(zhe)表明(ming)Ｘ射线完(wan)全穿(chuan)透了涂(tu)层(ceng)。与(yu)TiN薄膜相(xiang)比(bi)，TiCN薄膜(mo)（111）晶面的(de)衍射峰(feng)强(qiang)度(du)大(da)为(wei)降低(di)，这(zhe)表明(ming)在(zai)薄膜(mo)生(sheng)长时(shi)C原子对(dui)Ti、Ｎ原(yuan)子(zi)的堆积方向产生(sheng)了(le)影响(xiang)，使(shi)得（111）晶面方(fang)向(xiang)的(de)生长速度减弱(ruo)。
根据ＳCHｅRRｅR公式计算(suan)得到TiN薄膜(mo)的晶粒大小(xiao)为(wei)16.7nm，TiCN薄(bao)膜的晶粒尺寸(cun)在(zai)10nm以(yi)内，这表(biao)明(ming)C原子在(zai)TiN中(zhong)具有细(xi)化(hua)晶粒(li)的(de)作用。
2.3硬度(du)与弹性(xing)模(mo)量
图4为(wei)TiN和(he)TiCN薄(bao)膜的硬(ying)度和(he)弹(dan)性模(mo)量。
从(cong)图(tu)中(zhong)可(ke)知，TiN薄膜的(de)硬(ying)度为20.3GPa左右，TiCN薄(bao)膜具有(you)更(geng)高的硬度，为(wei)33.4GPa，这(zhe)表(biao)明(ming)C原(yuan)子的加(jia)入，产生(sheng)了(le)明显的(de)固(gu)溶强化作用(yong)，使(shi)得TiN基涂层(ceng)的硬度显(xian)著(zhu)提高。并且(qie)，添加C原子(zi)后的TiCN涂(tu)层的晶(jing)粒(li)发(fa)生了(le)细化(hua)，产(chan)生(sheng)Ｈａｌｌ-PｅｔCH效(xiao)应(ying)，使(shi)得(de)TiN涂层(ceng)的(de)硬(ying)度提高(gao)。TiCN薄膜的弹(dan)性模(mo)量(liang)与硬(ying)度有相似(shi)的(de)变化规(gui)律。对(dui)同一种材(cai)料(liao)，硬(ying)度越高(gao)，薄(bao)膜的(de)弹性(xing)模(mo)量(liang)往往越(yue)大(da)。
2.4结(jie)合(he)强度
图(tu)5为TiN和TiCN薄膜(mo)的(de)压痕形貌(mao)，从(cong)图中可知，TiN薄(bao)膜与基(ji)体(ti)之(zhi)间(jian)的(de)结(jie)合(he)力较差(cha)，压(ya)痕周围的涂层(ceng)出现(xian)大面(mian)积剥(bo)落，压(ya)痕等(deng)级(ji)为(wei)ＨＦ5～ＨＦ6。
TiCN薄(bao)膜(mo)在压痕周围(wei)出(chu)现(xian)了(le)小区(qu)域(yu)剥落(luo)现象(xiang)，压(ya)痕等级为ＨＦ4，相比(bi)TiN薄膜(mo)，TiCN薄膜与基(ji)体(ti)结(jie)合略(lve)好(hao)。
为(wei)进一(yi)步评(ping)判TiCN薄(bao)膜与基(ji)体的结(jie)合(he)强(qiang)度(du)，采(cai)用划(hua)痕法来(lai)评(ping)价(jia)薄(bao)膜的结(jie)合强(qiang)度，划动过(guo)程中(zhong)载荷(he)与对应(ying)的声信号(hao)图(tu)谱(pu)及(ji)划(hua)痕(hen)形貌如图6所(suo)示。从(cong)图(tu)中(zhong)可(ke)以看(kan)出，TiN薄膜首次发(fa)生(sheng)破裂时对应的(de)载荷为(wei)42Ｎ，在(zai)53Ｎ以后出现(xian)连(lian)续破裂(lie)信(xin)号(hao)；而TiCN薄膜(mo)首次出(chu)现(xian)破(po)裂对(dui)应的(de)载(zai)荷(he)为(wei)45Ｎ左右，同(tong)样在(zai)53Ｎ开始出现连续破裂信号。结(jie)合划痕(hen)形貌(mao)来(lai)看(kan)，TiCN薄(bao)膜与(yu)TiN薄(bao)膜(mo)开(kai)始出(chu)现破(po)裂(lie)对应(ying)的临(lin)界载(zai)荷(he)相近(jin)，这表明(ming)TiCN薄膜与(yu)TiN薄(bao)膜的结合(he)强(qiang)度(du)相差不大。这(zhe)可(ke)能是(shi)因(yin)为在(zai)沉积(ji)TiCN薄(bao)膜和TiN薄膜之(zhi)前(qian)，都(dou)采用(yong)了(le)Ti过渡层(ceng)打(da)底(di)，Ti层(ceng)与基体(ti)间(jian)的(de)界(jie)面(mian)完(wan)全相(xiang)同(tong)，且(qie)Ti层与外(wai)层(ceng)薄(bao)膜(mo)连续过渡(du)，界面(mian)结合良好，因此(ci)，C元素(su)的(de)添加(jia)对TiN薄
膜与(yu)基(ji)体的(de)结(jie)合强(qiang)度(du)影响(xiang)不(bu)明显，TiCN薄膜(mo)的结(jie)合力(li)仍(reng)保(bao)持(chi)在(zai)45Ｎ左右。单(dan)磊(lei)等(deng)[12］报(bao)道(dao)了(le)TiN薄膜在(zai)不(bu)锈钢基(ji)体(ti)上发生剥离(li)时对应的载(zai)荷为(wei)50Ｎ，TiCN薄(bao)膜(mo)与基体的(de)结(jie)合强(qiang)度(du)降低(di)至42Ｎ。这表(biao)明合(he)金元(yuan)素对(dui)薄(bao)膜(mo)的(de)结(jie)合强度有一定影响。通(tong)过Ti过渡(du)层打(da)底(di)可(ke)以缓解(jie)界(jie)面的成(cheng)分(fen)突(tu)变，从(cong)而(er)提(ti)高TiCN薄(bao)膜与基体的结(jie)合力(li)。
2.5切(qie)削(xue)试验
图(tu)7为(wei)TiCN薄膜(mo)丝锥(zhui)、TiN薄(bao)膜丝锥以及无(wu)薄(bao)膜丝(si)锥攻(gong)丝40CR材(cai)质通孔(kong)的使用寿(shou)命(ming)，图(tu)中的数(shu)据(ju)为(wei)3支(zhi)相(xiang)同丝(si)锥加工(gong)数(shu)量的平均值。从图(tu)中可知，未(wei)镀膜的(de)丝(si)锥(zhui)加(jia)工丝(si)孔为40个左(zuo)右，镀(du)有(you)TiN薄(bao)膜(mo)的(de)丝(si)锥攻丝(si)孔(kong)数为58个(ge)，相比(bi)无膜(mo)丝锥(zhui)其使(shi)用(yong)寿(shou)命(ming)提高45％，而(er)TiCN薄(bao)膜丝锥的攻丝孔(kong)数(shu)达(da)到150左(zuo)右，相比(bi)无(wu)膜丝(si)锥(zhui)其(qi)使(shi)用寿命(ming)提高近3倍(bei)，相比(bi)TiN薄(bao)膜(mo)丝锥其(qi)使用寿(shou)命(ming)提(ti)高1.6倍。这(zhe)表明TiCN薄膜(mo)丝锥(zhui)具有较好(hao)的耐磨性(xing)能，在(zai)切削40CR调质钢时(shi)具(ju)有比TiN薄(bao)膜丝锥(zhui)更优异的性(xing)能(neng)。
图(tu)8为TiCN和(he)TiN薄(bao)膜丝(si)锥(zhui)失效后(hou)的后(hou)刀(dao)面(mian)磨(mo)损(sun)形(xing)貌。从图(tu)中可知(zhi)，TiN薄(bao)膜丝锥(zhui)后(hou)刀面上出现(xian)了高(gao)低不(bu)平的(de)台(tai)阶(jie)，薄(bao)膜(mo)几乎全(quan)部被磨(mo)掉，丝锥表面(mian)磨(mo)损(sun)严重(zhong)。TiCN薄膜(mo)丝锥(zhui)在(zai)后(hou)刀(dao)面上(shang)出现了(le)平(ping)行(xing)于(yu)切(qie)削方(fang)向的(de)钩(gou)状(zhuang)，这(zhe)是(shi)磨(mo)损时(shi)产(chan)生的磨(mo)粒(li)在切削(xue)力(li)的作用下(xia)，压入(ru)薄(bao)膜表面(mian)并(bing)发(fa)生滑动造成(cheng)的(de)，TiCN薄(bao)膜表(biao)面发生磨粒(li)磨(mo)损。TiCN薄膜表面(mian)未(wei)发生脱(tuo)落，在(zai)薄膜(mo)表面(mian)上分布(bu)有黑色(se)片(pian)状(zhuang)物(wu)，这(zhe)是摩擦(ca)时形成的碳转(zhuan)移膜(mo)。许(xu)俊(jun)华等[11］研(yan)究(jiu)指出，无定(ding)形结构的(de)碳(tan)转移层(ceng)是(shi)降(jiang)低摩擦系数(shu)的主要(yao)原因，该膜相(xiang)当于固体(ti)润滑剂，可减小(xiao)摩擦(ca)界(jie)面的摩(mo)擦(ca)力。
因(yin)此，C原子(zi)的(de)减摩作(zuo)用(yong)是(shi)提(ti)高TiCN耐(nai)磨性和延(yan)长丝锥(zhui)使(shi)用(yong)寿命的重要(yao)原(yuan)因(yin)。另一方面，由(you)于(yu)C原子(zi)的固溶强化(hua)和(he)晶(jing)粒(li)细(xi)化(hua)作用(yong)，TiCN薄(bao)膜(mo)的硬(ying)度被大(da)幅提(ti)高，这使(shi)得TiCN薄(bao)膜(mo)本身(shen)具(ju)有(you)较强的抗(kang)机(ji)械磨(mo)损(sun)的能力(li)。
3、结(jie)论(lun)
采用固(gu)体碳(tan)源(yuan)，通过(guo)反(fan)应磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)技术(shu)共溅射(she)石(shi)墨(mo)靶和钛靶(ba)在(zai)高(gao)速(su)钢基(ji)体(ti)上(shang)制(zhi)备TiCN薄(bao)膜，并(bing)对(dui)得到的TiCN薄膜(mo)的(de)结(jie)构和(he)性(xing)能(neng)进(jin)行了系(xi)统(tong)分析(xi)，得(de)到的(de)结(jie)论(lun)如下(xia)：
（1）TiCN薄(bao)膜(mo)的(de)断口(kou)呈垂(chui)直(zhi)于界面(mian)方(fang)向生(sheng)长的(de)长块状结(jie)构，TiCN薄膜(mo)表(biao)面(mian)凹凸(tu)状结构(gou)较TiN薄膜(mo)减弱(ruo)，而TiCN薄(bao)膜表面(mian)存在(zai)的(de)微颗粒(li)较多；TiCN薄(bao)膜(mo)形成以TiN为(wei)基的固溶(rong)体，C原子的(de)加入使薄膜(mo)在(zai)（111）晶面的(de)衍射峰(feng)明(ming)显(xian)降(jiang)低(di)。
（2）由(you)于C原(yuan)子的固溶(rong)强化和细晶(jing)强化作(zuo)用，TiCN薄膜(mo)的(de)硬度(du)较TiN薄(bao)膜(mo)明显提(ti)高(gao)，TiCN薄(bao)膜的(de)硬(ying)度为33.4GPa；通过Ti过(guo)渡层打(da)底(di)后(hou)，TiCN薄(bao)膜和(he)TiN薄膜(mo)与Ｍ2高(gao)速钢(gang)基体(ti)的结(jie)合(he)强(qiang)度相差不大(da)，均(jun)为(wei)40Ｎ左(zuo)右。
（3）TiCN薄膜的(de)磨损形式(shi)主要为磨(mo)粒(li)磨损(sun)，摩擦(ca)磨损(sun)时在薄(bao)膜表面(mian)形成(cheng)碳(tan)转(zhuan)移(yi)膜，该(gai)膜起固(gu)体(ti)润滑和减摩(mo)作(zuo)用(yong)，攻(gong)丝40CR材(cai)质时TiCN薄(bao)膜丝(si)锥的使用(yong)寿命(ming)明(ming)显(xian)提高，分(fen)别(bie)是(shi)无(wu)薄膜丝(si)锥(zhui)和(he)TiN薄膜(mo)丝锥分(fen)别提高3倍(bei)和(he)1.6倍(bei)。
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相(xiang)关(guan)链(lian)接
