目前常用的涂層方法主要有化學氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法诞外、物理化學氣相沉積(PCVD)法等糠悼;涂層材料種類主要有TiC届榄、TiN、TiCN倔喂、Al2O3等铝条;涂層方式已由單一涂層發(fā)展到復合涂層。
涂層硬質(zhì)合金問世以來席噩,在機械加工刀具方面得到了廣泛應用班缰,顯著提高了金屬切削加工效率。目前約有70%的硬質(zhì)合金刀具經(jīng)過表面涂層處理悼枢。近年來埠忘,隨著金屬切削加工要求的不斷提高,刀具涂層技術也不斷取得新的發(fā)展馒索。同時莹妒,為了對涂層性能、涂層工藝進行深入研究绰上,與之相關的涂層分析檢驗技術也隨之不斷改進追祈。本文就硬質(zhì)合金涂層的金相分析方法作一介紹。
涂層金相試樣的制備
硬質(zhì)合金涂層具有硬框抽、脆俐番、薄的特點,其厚度通常只有幾微米至十幾微米绵扇。在制備試樣時稍有不慎撇熬,試樣表面涂層就可能崩落或倒角,因此操作時應注意小心保護涂層仓煌。在制樣過程中烧已,為保證涂層與硬質(zhì)合金基體位于金相顯微鏡觀測的同一視平面上,應使涂層制樣面與硬質(zhì)合金基體制樣面處于同一平面內(nèi)熔徊。通過反復進行制樣試驗烘牌,發(fā)現(xiàn)以下制樣方法可獲得較好制樣效果:首先用金剛石砂輪在機床上對試樣進行粗、精磨穷抹,然后將試樣對鑲在硫磺中,用拋光機和金剛石研磨膏對其進行精拋光梳附。磨削試樣時获印,可使用樹脂結(jié)合劑碗形金剛石砂輪(粒度在320#、M20街州、M14范圍內(nèi))兼丰,為反映涂層的真實厚度,磨削后的涂層制樣面與涂層表面應保持垂直唆缴;根據(jù)前序磨削表面質(zhì)量情況鳍征,可選用粒度為M5或M1的金剛石研磨膏對試樣進行研磨和拋光黍翎。圖1和圖2分別為采用上述方法制備試樣的單一涂層和復合涂層形貌。
涂層形貌的觀測與分析
將制備好的涂層金相試樣置于金相顯微鏡下進行高倍觀測(1000~1500倍)艳丛。在顯微鏡視場內(nèi)可觀察到試樣斷面是由表面涂層匣掸、過渡區(qū)和硬質(zhì)合金基體三部分組成。
過渡層(中間層)的金相分析
對制備的試樣進行高倍觀測時氮双,有時會發(fā)現(xiàn)在涂層與基體之間存在一連續(xù)帶狀(或斷續(xù))的白亮色狹窄區(qū)域碰酝。用赤血鹽和氫氧化鈉水溶液侵蝕后,該區(qū)域的顏色轉(zhuǎn)變由橙色→深褐色→黑色戴差,這是h相WxCoxC的典型特征之一送爸,通常工業(yè)合金缺碳時都會出現(xiàn)h1相,它的存在對涂層合金的使用性能有很大影響(目前對h2相所起作用尚有不同看法暖释,限于篇幅窗蠕,本文不作論述)≡谒ぃ總之骏疆,在觀測試樣時,對過渡層進行金相分析是必不可少的步驟啰昧。
涂層顯微結(jié)構的顯現(xiàn)與形貌觀測由于涂層為極薄的單層或多層膜魁嚼,因此顯現(xiàn)其顯微結(jié)構時需特別仔細。對于不同材料的涂層肮顾,需要采用不同的試劑進行侵蝕顯現(xiàn)舌肝。
碳化鈦涂層的顯現(xiàn)
將拋光后的碳化鈦涂層試樣用10%K3Fe(CN)6+10%NaOH水溶液侵蝕20~30秒鐘后,即可在金相顯微鏡下對其顯微結(jié)構進行高倍觀測针蜀。
氮化鈦页更、碳氮化鈦涂層的顯現(xiàn)
對于氮化鈦、碳氮化鈦(或碳化鈦)涂層試樣捷仓,均可采用10ml硝酸+10ml氫氟酸+10ml水的混合溶液滴蝕15~30秒鐘后進行顯現(xiàn)锹嫌。
復合涂層的顯現(xiàn)
對于復合涂層,應視具體的涂層種類图云,采用分段侵蝕方法對其顯微結(jié)構進行顯現(xiàn)惯悠,然后在金相顯微鏡下進行形貌觀測。
涂層缺陷的觀測
當表面涂層工藝出現(xiàn)某些問題時竣况,涂層表面會產(chǎn)生各種缺陷克婶。
涂層和過渡層的厚度測量
試驗證明,涂層(表面層)和過渡層(中間層)的厚度對硬質(zhì)合金涂層刀片的性能影響很大丹泉。因此情萤,對試樣各層厚度進行測量對于分析涂層性能十分重要。
涂層厚度是指從涂層表面到涂層與過渡層(或基體)交界面之間的距離。過渡層(亦稱脫碳層)厚度是指從涂層與過渡層的交界面到過渡層與基體的交界面之間的距離筋岛。涂層厚度一般約為幾微米~20微米娶视。對于復合涂層則需要分別測量各層厚度。測量涂層厚度的傳統(tǒng)方法是利用金相顯微鏡的目鏡測微尺進行測量睁宰,但該方法的測量精度較差肪获,操作也較為煩瑣。目前已可采用圖象分析系統(tǒng)(如四川大學智勝公司產(chǎn)品)進行測量勋陪,該方法操作便捷贪磺,測量精度較高。此外嘶逝,該系統(tǒng)具有多次拍照合成圖象功能易颊,可解決涂層制樣面微小不同焦的問題 。
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