[发明专利]一种CrTiAlN涂层高温抗氧化性能测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试方法，尤其涉及一种CrTiAlN涂层高温抗氧化性能的测试方法。

背景技术

M2高速钢多用于制造切削刀具，近年来，随着高速切削工业的发展，切削过程刀具承受的温度和切削力大幅度上升，刀具氧化严重，导致变形失效、寿命减短，为此对刀具的高温抗氧化性能提出了更高的要求。

利用物理气相沉积（PVD）技术在高速钢刀具表面沉积硬质涂层，对改善刀具高温抗氧化性能和延长使用寿命十分有效。TiN是第一代PVD硬质涂层，已广泛应用于刀具涂层，但随着应用的深入，它的高温抗氧化性能已不能满足需求，当温度超过500℃时，TiN涂层表面会被氧化生成脆性较大的TiO₂，由于TiN和TiO₂之间摩尔体积的巨大差异，氧化层中会产生压应力，使涂层破裂，从而破坏涂层的保护作用，限制了TiN涂层在高速切削条件下机械加工中的应用。在TiN涂层基础上，引入Al元素形成三元系涂层TiAlN，可以进一步提高涂层的高温抗氧化性能。而虽然知道三元系涂层TiAlN可以提高高温抗氧化性能，但是其氧化性能具体如何却无法得知。

发明内容

本发明的目的在于为了提供一种简单快速、有效的CrTiAlN涂层高温抗氧化性能的测试方法。

为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案：

一种CrTiAlN涂层高温抗氧化性能测试方法，所述测试方法为在M2高速钢基体上制备CrTiAlN涂层，得到试样，然后对试样进行高温氧化实验，采用掠入射X射线衍射和SEM自带的EDS能谱分析。在本技术方案中，采用SX2-4-10高温箱式电阻炉对试样进行高温氧化实验， 温度分别设置为500℃、700℃、900℃，保温1h后随炉冷却至室温。采用扫描电子显微镜（SEM，Zeiss Sigma，Germany）观察CrTiAlN涂层氧化前后表面及断面形貌，物相成分分析采用掠入射X射线衍射（GIXRD，Panalytica X’pert PRO，Netherlands）和SEM自带的EDS能谱分析。GIXRD测试分析：CrTiAlN涂层的组织结构采用掠入射XRD分析， 图1是不同温度氧化后涂层的XRD图谱，可以看到常温下CrTiAlN涂层只出现fcc-CrN相的衍射峰，衍射晶面分别为CrN（111）、（200）、（220），没有出现Al、Ti及其化合物的衍射峰，

作为优选，CrTiAlN涂层各元素含量分别为：Cr：44.80at.％，Ti：6.45at.％，Al：5.26at.％，N：43.48at.％。

作为优选，高温氧化实验中，温度为500-900℃，保温1-3h后随炉冷却。

作为优选，CrTiAlN涂层厚度为5-20μm。

作为优选，在M2高速钢基体上采用离子镀的方式制备CrTiAlN涂层。

本发明的有益效果是本发明测试方法简单快速，可以有效的检测出CrTiAlN涂层的高温抗氧化性能。

附图说明

图1是本发明不同温度下XRD图谱。

图2是CrTiAlN涂层不同温度下表面形貌。

图3是CrTiAlN涂层不同温度下断面形貌。

图4是CrTiAlN涂层不同温度下断面EDS扫面图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。

下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

利用英国Teer-UDP650/4型闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备在其表面沉积了一层CrTiAlN涂层，该涂层厚度为5μm，然后采用SX2-4-10高温箱式电阻炉对试样进行高温氧化实验， 温度设置为500℃，保温1h后随炉冷却至室温。其中，CrTiAlN涂层各元素含量分别为：Cr：44.80at.％，Ti：6.45at.％，Al：5.26at.％，N：43.48at.％。

实施例2

利用英国Teer-UDP650/4型闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备在其表面沉积了一层CrTiAlN涂层，该涂层厚度为15μm，然后采用SX2-4-10高温箱式电阻炉对试样进行高温氧化实验， 温度设置为700℃，保温2h后随炉冷却至室温。其中，CrTiAlN涂层各元素含量分别为：Cr：44.80at.％，Ti：6.45at.％，Al：5.26at.％，N：43.48at.％。