Cr12MoV表面熱穩(wěn)定耐磨涂層的性能研究.pdf

1、隨著中國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，提高冷作模具的使用壽命，以其滿足日益增加的汽車配套零部件倍受人們的關(guān)注。典型的Crl2MoV冷作模具鋼雖有良好的耐磨性，但在極其惡劣的工況條件下，仍因磨損而發(fā)生失效。近年來，物理氣相沉積技術(shù)(PVD)由于低的沉積溫度和高的強(qiáng)化效果越來越受到研究者重視。尤其多元涂層和復(fù)合涂層的研發(fā)有望解決傳統(tǒng)單一硬質(zhì)涂層無法滿足的性能，并用于工作條件復(fù)雜的冷作模具。鑒于此，本文以冷沖"L-CAR控制臂精整模(OPS0)"為研究

2、對象，采用非平衡磁控濺射技術(shù)，在冷作模具鋼Crl2MoV表面沉積CrTiAlN硬質(zhì)涂層、MoST軟涂層以及CrTiAIN/MoST復(fù)合涂層，測定和研究涂層表面性能和摩擦磨損性能，探索提高冷作模具壽命的可能性。 本文主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1)用DEFORM有限元分析軟件對冷沖"L-CAR控制臂精整模"在實(shí)際工礦條件下進(jìn)行仿真計(jì)算，分析模具熱效應(yīng)和應(yīng)力分布；2)在冷作模具鋼Crl2MoV表面沉積CrTiAlN、MoST以及CrTiAIN/M

3、oST涂層；3)采用AFM、OM、SEM、XRD、EDX、顯微硬度儀、劃痕儀和布洛維硬度機(jī)觀察、測定和分析所沉積的涂層表面和橫截面形貌、相結(jié)構(gòu)、表面顯微硬度和承載能力，以及涂層與基體的結(jié)合狀況；4)采用MM200沖擊式滑動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)、OM、SEM、EDX，考察和評價(jià)所沉積涂層的磨損行為、磨損機(jī)制和耐磨性；5)采用6300噸冷壓機(jī)，對PVD處理后的模具進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。 模擬計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明：1)冷沖模圓弧附近因產(chǎn)生最大的熱效應(yīng)

4、(工作溫度約達(dá)80℃)和承受最大的應(yīng)力(650MPa)而容易失效，模具的主要失效形式為圓弧附近部位的粘著磨損；2)非平衡磁控濺射所制備的CrTiAlN、MoST和CrTiAlN/MoST涂層表面均勻、光滑、致密程度依次為復(fù)合涂層、MoST和CrTiAlN涂層。其中CrTiAlN涂層主要以{111}為擇優(yōu)取向，由面心立方結(jié)構(gòu)的多晶組成；MoST涂層為非晶態(tài)或存在極其微小的晶體；CrTiAlN/MoST組合了CrTiAlN多晶體和MoST非

5、晶態(tài)或極其微小的晶體。涂層厚度分別約為3μm、2μm和4μm；3)CrTiAlN涂層顯著地強(qiáng)化Crl2MoV鋼的表面，表面顯微硬度約為2600HV<,0.25N>，在高載荷下(10N)，CrTiAlN涂層壓痕未出現(xiàn)徑向裂紋和脆性剝離的跡象。然而，MoST涂層與CrTiAIN/MoST復(fù)合涂層的強(qiáng)化效果低于CrTiAlN涂層。前者為915～1020HV<,0.1N>，后者最大硬度值為940HV<,0.5N>～1095HV<,0.5N>。在

6、較低載荷下兩者就出現(xiàn)了不同程度的剝落。但是，三種涂層都具有較好的涂層與基體結(jié)合狀況(臨界載荷高于60N)和低的摩擦系數(shù)。4)硬、韌的CrTiAIN涂層和MoST自潤滑涂層提高了Crl2MoV鋼的耐磨性。與未處理試樣相比，兩種基體硬度CrTiAIN涂層的平均磨損率分別降低了77％和74％，MoST涂層分別降低了89％和91％，兩種涂層表面磨損機(jī)制主要為涂層逐層剝落的疲勞磨損，而兩體磨粒磨損是未表面處理試樣的主要磨損機(jī)制；5)CrTiAlN

7、/MoST復(fù)合涂層大大地提高了Crl2MoV鋼的耐磨性，與CrTiAlN。硬涂層相比，沉積有MoST的復(fù)合涂層試樣表現(xiàn)出更優(yōu)良的耐磨性能。尤其磨損初期，由于MoST減磨涂層的作用，復(fù)合涂層的磨損率為CrTiAlN硬涂層的36％。CrTiAlN/MoST復(fù)合涂層的磨損機(jī)制由早期的減磨層疲勞磨損，轉(zhuǎn)變?yōu)镃rTiAIN疲勞剝落，最后為三體磨粒磨損；6)PVD CrTiAIN和MoST后的模具在6300噸冷壓機(jī)上的實(shí)際使用壽命分別提高了約500