传统(tong)工业金属(shu)材料(liao)的(de)表(biao)面(mian)优(you)化(hua)处理(li)方(fang)法(fa)主要(yao)包(bao)括(kuo)渗(shen)碳、渗(shen)氮(dan)、碳氮(dan)共(gong)渗等(deng)表(biao)面化学热(re)处(chu)理方法(fa)，这些方法(fa)虽然可以(yi)通过(guo)改变金属材料表(biao)面(mian)的(de)成份和(he)组织，从(cong)而改善(shan)材料(liao)表面(mian)的(de)机(ji)械性能(neng)，这些基(ji)于常规热(re)扩(kuo)散原理，往(wang)往(wang)处(chu)理温度较高，处理时(shi)间很长、能耗(hao)大(da)，金属(shu)基(ji)底(di)容易(yi)软(ruan)化(hua)，不(bu)能(neng)作为(wei)最终(zhong)热处(chu)理(li)，而且效(xiao)率很低。
上(shang)世纪中期(qi)开(kai)发的(de)工(gong)具镀层主(zhu)要(yao)着(zhe)眼于(yu)提高(gao)镀层(ceng)的(de)耐磨性(xing)，往往将(jiang)硬(ying)度作为一(yi)个最(zui)主要性能指标。应(ying)用比(bi)较(jiao)广泛的(de)刀(dao)具镀(du)层(ceng)主要(yao)有Ti基Cr基镀(du)层，最典型的镀层(ceng)有TiC、TiN、
CrTiAlN等镀(du)层(ceng)。
Ti基(ji)镀(du)层(ceng)以(yi)TiN为(wei)主，通过(guo)添加(jia)其(qi)它元素进(jin)一(yi)步改善镀(du)层(ceng)性(xing)能(neng)。TiN镀层(ceng)是国(guo)内外刀具镀层研究最为(wei)成熟(shu)的(de)代(dai)表(biao)之(zhi)一，也是(shi)一种最为常(chang)用的(de)硬(ying)质(zhi)镀(du)层。TiN镀层凭(ping)借其(qi)硬(ying)度高(gao)、摩(mo)擦(ca)系数低，而(er)且红硬性(xing)好，韧(ren)性、高温抗氧化性(xing)也不(bu)错的(de)优(you)势(shi)而被(bei)广泛地(di)应用(yong)到许(xu)多(duo)领(ling)域，其中最典型的应(ying)用就(jiu)是切(qie)削刀具(ju)和(he)仿金装(zhuang)饰(shi)镀层(ceng)。在高(gao)速(su)切(qie)削的(de)条(tiao)件(jian)下，TiN镀(du)层(ceng)的硬度(du)、抗氧化、摩(mo)擦(ca)系(xi)数等性能(neng)仍(reng)然满足(zu)不(bu)了(le)使(shi)用(yong)要求(qiu)。TiC镀层硬度比TiN更(geng)高(gao)，但(dan)其脆性(xing)比较(jiao)大(da)，在使(shi)用(yong)过(guo)程(cheng)中容易崩(beng)落(luo)。
在新(xin)型镀层(ceng)的(de)研(yan)发(fa)历(li)程中(zhong)，TiN和TiC通常(chang)被认为是(shi)第(di)一(yi)代(dai)硬(ying)质镀层。应(ying)用(yong)和(he)研究发(fa)现(xian)，TiN镀层的性能可以通过TiN与其(qi)他(ta)氮化物、碳化(hua)物、硼化物(wu)进(jin)行混(hun)合(he)和(he)复(fu)合(he)，以及用其他(ta)金(jin)属(shu)元(yuan)素部分或全(quan)部取代(dai)TiN中的Ti而得(de)到(dao)改(gai)善(shan)，其(qi)中最(zui)为(wei)典型(xing)的(de)两种镀层(ceng)是(shi)Ti(C，N)和(Ti，A1)N，这些(xie)镀(du)层(ceng)又(you)被(bei)誉(yu)为(wei)第(di)二代(dai)硬质(zhi)镀(du)层。氮(dan)碳化钛Ti(C，N)被认为是(shi)TiN和(he)
TiC的固溶体，硬(ying)度(du)高于(yu)TiC和(he)TiN，具(ju)有较低的(de)摩(mo)擦系数和(he)磨损(sun)率(lv)，具(ju)有TiC和TiN的(de)综合性能(neng)，兼有(you)两者的(de)特性(xing)和(he)优(you)点，可以进一(yi)步提高(gao)切削刀(dao)具的生产效率(lv)和使用寿(shou)命(ming)，是(shi)一(yi)种
较(jiao)理想的刀(dao)具(ju)镀层材(cai)料(liao)。Ti(C，N)镀(du)层(ceng)刀(dao)具(ju)性(xing)能的改善归因于(yu)Ti(C，N)和(he)硬质(zhi)合金刀(dao)具优(you)异的(de)结合(he)力，但Ti.C-N的(de)热稳定(ding)性(xing)和(he)抗氧化(hua)性能(neng)不如(ru)TiN和(he)TiC。如(ru)今，Ti(C，N)镀(du)层己(ji)广泛用于切(qie)削工具(ju)、钻头(tou)、模(mo)具等机械(xie)、汽(qi)车(che)制(zhi)造(zao)和(he)航天航(hang)空等领域。
随着(zhe)复(fu)合(he)镀(du)层的进(jin)一步开(kai)发，人(ren)们(men)仍(reng)以TiN为(wei)基(ji)本(ben)组元，采(cai)用(yong)其(qi)他金属元素(su)，包括A1、Zr、Ta等替代(dai)或部分替(ti)代(dai)Ti；与(yu)N对应(ying)的(de)元素则加(jia)入C成为C、N化合(he)物，进而(er)形(xing)成(cheng)三元(yuan)、
四(si)元甚至多元(yuan)镀(du)层(ceng)，以(yi)实(shi)现提(ti)高镀层(ceng)的(de)性能的(de)目的(de)，常见的镀层(ceng)除了Ti—C-N之(zhi)外(wai)，还(hai)有(you)Ti．B-N、Ti．A1．N镀层等(deng)"·引(yin)。用多组元技(ji)术(shu)来改(gai)善PVD镀(du)层(ceng)的性(xing)能(neng)，以(yi)适应(ying)不(bu)同需要(yao)成为PVD技术发(fa)展(zhan)方(fang)向之(zhi)一。
含(han)Cr元素(su)的(de)镀(du)层常(chang)被用于高(gao)温(wen)下需(xu)要(yao)有(you)好的(de)抗腐蚀(shi)性(xing)能和(he)高硬度(du)的(de)应用(yong)领(ling)域，与已经(jing)广(guang)泛应用(yong)的TiN镀(du)层相(xiang)比，Cr基镀(du)层与(yu)铁衬(chen)底有(you)更(geng)好(hao)的结合(he)强度(du)。如(ru)NCr-N系(xi)列镀层(ceng)，因(yin)具有(you)较好的膜(mo)基结(jie)合、良(liang)好(hao)的(de)化(hua)学稳定性和(he)抗腐(fu)蚀(shi)性(xing)的优(you)点，被作为(wei)耐磨镀层用(yong)于(yu)工(gong)具(ju)和切削(xue)刀具(ju)的(de)表面(mian)强(qiang)化(hua)，在表面防(fang)腐和装饰业也有(you)一(yi)定的(de)应(ying)用。另外(wai)，’在(zai)PVD方法制(zhi)备镀(du)层(ceng)
的过程中，Cr原子的(de)溅射(she)产额(e)比(bi)Ti原子的溅射产(chan)额(e)高(gao)，使得(de)Cr-N系列(lie)镀层(ceng)具(ju)有比T．N高的(de)制(zhi)备(bei)效(xiao)率，有(you)利于(yu)大批(pi)量的(de)工业生产(chan)，Cr基(ji)镀层被视为(wei)一(yi)种具有发展潜力(li)的(de)刀(dao)具镀(du)层(ceng)。
实践(jian)中(zhong)，在(zai)提(ti)高(gao)镀层(ceng)硬(ying)度(du)的(de)同时(shi)往(wang)往(wang)脆性增大，然(ran)而(er)某些(xie)受冲击的加工条(tiao)件对(dui)切(qie)削(xue)刀(dao)具韧性(xing)要求(qiu)高，单纯提高(gao)硬(ying)度(du)不(bu)能(neng)满(man)足使(shi)用(yong)要求。操(cao)作中(zhong)往往通(tong)过(guo)制(zhi)作(zuo)多层膜的方(fang)法来改(gai)善镀层(ceng)韧性，或(huo)增加过渡(du)层(ceng)、渗(shen)或注(zhu)入层(ceng)等(deng)措施提(ti)高镀(du)层膜基结合(he)力(li)。Holleck等[把多(duo)层镀层(ceng)分(fen)为三(san)类(lei)：一(yi)类(lei)是(shi)低(di)单层(ceng)数的镀(du)层(ceng)，如TiN／TiC／TiN多层(ceng)，TiC／(Ti，A1)N多层，
TiN／TiCN／TiC多(duo)层(ceng)，因(yin)工(gong)艺相(xiang)对(dui)容(rong)易(yi)，目前绝(jue)大(da)多(duo)数多(duo)层镀层(ceng)属于(yu)此类；第二类是由两(liang)种不同(tong)镀(du)层(ceng)组成的高(gao)层数镀(du)层(ceng)，如(ru)TiC／TiB2多层；第三(san)类(lei)是(shi)超(chao)点阵镀(du)层，由(you)化学键和(he)原(yuan)子(zi)半(ban)径及点阵常(chang)数(shu)相(xiang)近(jin)的镀(du)层组成(cheng)的(de)高(gao)层数镀(du)层，一般(ban)周(zhou)期(qi)厚(hou)度为5．25nm。最(zui)早(zao)的超点阵结(jie)构(gou)镀(du)层(ceng)是TiNⅣN和(he)TiN烈(lie)bN，这(zhe)种结(jie)构的(de)镀(du)层较(jiao)同种(zhong)材(cai)料(liao)组成(cheng)的(de)匀质镀(du)层(ceng)具(ju)有(you)更高(gao)的(de)硬(ying)度(du)和(he)韧性(xing)。 Herranentl认(ren)为(wei)：多(duo)层结构(gou)镀层(ceng)中增(zeng)加了大(da)量的(de)界面并(bing)减小了(le)晶粒尺(chi)寸，便于(yu)晶粒尺寸(cun)和(he)结(jie)构的(de)调(diao)整，降低残(can)余应(ying)力，有利于提(ti)高镀(du)层的结合强度，优化(hua)镀层(ceng)的硬度和韧性比(bi)，实(shi)现镀(du)层(ceng)的多功(gong)能性能。
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