第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

针对高强度钢和高温合金等难加工材料的高速高效切削加工难题，进行了新型多元多层氧氮化物涂层刀具的应用基础研究。PVD 氮化物涂层硬度高、韧性好、耐磨性高；与氮化物涂层相比，氧化物涂层热化学稳定性更好，但脆性高、硬度低（低于20 GPa）。本研究以具有良好高速切削性能的CrAlSiN纳米复合涂层为基础，提出了PVD自组织纳米多层AlCrSiON的制备新方法，通过控制氧氮化物涂层生长条件，生成富氮层与富氧层交替的纳米多层（10-400层），制备了融合纳米多层共格强化、纳米晶强化、多层结构增韧、梯度结构增韧和相变增韧协同作用的新型自组装AlCrSiON纳米多层涂层。类似TiAlN/Al₂O₃多层涂层，自组织氧氮化物纳米多层涂层可组合氮化物涂层的高硬度、高韧性、高耐磨性和氧化物高热化学稳定性的优点，有望在高速切削高强度钢和高温合金的涂层刀具获得突破，且突破传统绝缘氧化物所需化学气相沉积工艺或特殊的PVD工艺限制，技术更易实现。同时，研究揭示了工艺参数-涂层成分-组织结构-力学性能-高温/切削摩擦性能之间的关系和相互影响规律，得出高强韧氧氮化物纳米多层涂层的自组装生成机理，以及涂层在高温环境中的热化学稳定性和表面界面行为。研究成果将形成新型自组织多元多层氧氮化物涂层刀具设计和制备理论与应用技术基础，为满足难加工材料高速高效加工对刀具的需求提供重要技术支撑。

涂层刀具；氧氮化物；自组织纳米多层；高速切削