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标题:中国刀具涂层材料之纳米技术涂层研究
正文:
随着纳米技术的发展和涂镀技术的进步，纳米刀具涂层材料也引起的广大研究者的关注。纳米涂层主要有两种：纳米多层结构和纳米复合结构。纳米多层涂层一般由高层数的同种结构材料、化学键和原子半径及点阵常相近的各单层材料组成，可能得到与组成它的各单层涂层的性能差异显著的全新涂层。 这是一种人为可控的一维周期结构，交替沉积单层涂层不超过5～15nm。Chu和Barnett认为，纳米多层涂层的高硬度主要是由于层内或层间位错运动困难所致。当涂层非常薄时，两层间的剪切模量不同，如果层间位错能量有较大差异，则层间位错运动困难，即位错运动的能量决定了超点阵涂层的硬度。纳米多层涂层的结构主要有三种方式：(1)金属氮化物纳米层与金属AlN纳米层交替涂覆；(2)金属AlN纳米层与金属AlCN纳米层交替涂覆；(3)金属氮化物纳米层与金属AlN纳米层及金属AlCN纳米层交替涂覆。涂层过程中均可添加其他金属元素（如钛、铌、铪、钒、钽、锆或铬），以进一步提高涂层的硬度、化学稳定性、韧性和抗氧化性能。研究表明，对于TiN/AlN纳米多涂层，当层厚为2～4nm时，AlN呈现立方NaCl结构，涂层显微硬度达到30～40GPa，其抗氧化温度达到1000℃，采用等离子增强化学气相沉积制得的AlN/TiAlN纳米多层膜具有高硬度、高附着力和高耐磨性。 　　　　纳米多层涂层虽然达到了较高的硬度，但研究认为纳米多层涂层的性能与涂层的周期膜厚有很大关系，当在形状复杂的刀具或零件表面沉积纳米多层膜时，很难控制各层的膜厚，同时在高温工作环境下各层间的元素相互扩散也会导致涂层性能下降，而采用单层的纳米复合涂层能解决这些问题。德国材料科学家Veprek等根据Koehler的外延异质结构理论，提出了纳米复合超硬涂层的理论和设计概念，并在由等离子体增强化学气相沉积法制备的Ti-Si-N(nc-TiN/a-Si3N4)系统中被证实，同时nc-W2N/a-Si3N4和nc-VN/a-Si3N4也都表现出了良好的机械性能。以nc-TiN/a-Si3N4为代表的纳米复合超硬材料，以其优异的性能，如超高硬度、高硬高韧性及低的摩擦系数等，引起了人们的极大兴趣。Zhang用离子束沉积了nc-TiN/a-Si3N4纳米复合涂层，并系统的研究了其微观结构、表面形貌和
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