Improvement on the mechanical, tribological properties and cutting performance of AlTiN-based coatings by compositional and structural design

材料科学 涂层 摩擦学 磨料 复合材料 微观结构 韧性 冶金
作者
Huadong Zhang,Fangsheng Mei,Yang Yu,Xiaoliang Lin,Jiangxiong Gao
出处
期刊:Surface & Coatings Technology [Elsevier]
卷期号:422: 127503-127503 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.surfcoat.2021.127503
摘要

(Al)TiSiN multi-layered coatings are promising candidates for use in processing of difficult-to-machine materials. In this study, AlTiN and three different Si-containing multi-layered coatings were designed to fabricate by arc evaporation technology to compare the effect of composition and structure on their microstructure, mechanical and tribological properties, oxidation behavior, and cutting performance. The results indicate that (Al)TiSiN G-3 (AlTiN + AlTiSiCN + AlTiSiCN/TiSiN + TiSiN) coating exhibits high adhesion strength (~87.3 N), low residual stress (~3.89 GPa) and high hardness (H ~ 34.2 GPa) combined with a high elastic modulus (E ~ 403.7 GPa) and a high ratio of H3/E*2 (~0.21 GPa). (Al)TiSiN G-2 (AlTiN + AlTiSiN + AlTiSiN/TiSiN + TiSiN) and (Al)TiSiN G-3 had lower friction coefficients and wear rates than AlTiN and (Al)TiSiN G-1 (AlTiN + AlTiSiN) coatings due to a greatly reduction of abrasive wear. Oxidation resistance of the coatings was estimated in the following order: (Al)TiSiN G-1 > (Al)TiSiN G-2 > (Al)TiSiN G-3 > AlTiN. In addition, (Al)TiSiN G-3 coated tool possessed the optimal cutting performance in continuous and intermittent turning of 304 stainless steel due to the highest hardness and best toughness.
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