AlCrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能.pdf

Aug.2023CHINASURFACEENGINEERING2023年8 月No.4Vol.36国面中第36 卷第4期表程doi:10.11933/j.issn.1007-9289.20220831001AICrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能薛海鹏1,2,3房磊琦1,2,3蔡飞 1,2李明喜1,2,3（1.安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点试验室马鞍山243002;2.安徽工业大学现代表界面工程研究中心马鞍山243002;3.安徽工业大学材料科学与工程学院马鞍山243002)摘要：针对AICrSiN涂层难以满足高速干式切削加工的需求，通过添加B元素，利用多弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备高速干式切削性能优异的AICrBSiN涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、高温退火炉、测力仪以及数控车床表征涂层的结构、高温性能及高速干式切削性能。结果表明，不同B含量（0 at.%,0.64at.%和1.0 3at.%）的AICrBSiN涂层中的相结构均为固溶的（Al，Cr）N相，B和Si元素主要以非晶SisN4和BN的形式存在，B和Si元素均能够起到细化晶粒的作用；B5涂层（0.6 4at.%）显示出较好的结合强度（Le2值为52.8 N），而B10涂层（1.0 3at.%）的硬度最高（36 18 土7 1HKo.0s）；高温退火试验显示B5涂层具有最佳的高温稳定性能，而高速干式车削结果进一步表明B5涂层车刀切削力最小，切削寿命最高（17 m i n），与未添加B的AICrSiN相比提高了2 1%。涂层刀具后刀面的主要磨损机理为磨粒磨损和粘结磨损，前刀面的主要磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损和粘结磨损。B元素可以提高AICrBSiN涂层刀具的高温稳定性能和高速干式切削性能。所制备的AICrBSiN涂层能有效提高刀具表面的高温和抗切削磨损性能，在高速干式切削领域具有较好的应用情景。关键词：AICrBSiN涂层；高温性能；高速干式切削；磨损中图分类号：TG156Deposition and High-speed Dry Cutting Performance ofAICrBSiN-coated CuttersXUE Haipeng1,2,3FANG Leiqi1,2,3CAI Fei 1,2LI Mingxi I 2.3(1.Key Laboratory of Advanced Metal Materials Green Preparation and Surface Technology ofMinistry of Education,Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China;2.Research Center of Modern Surface and Interface Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China;3.School of Material Science and Engineering,Anhui University of Technology,Maanshan 243002,China)Abstract:The high-speed dry cutting technology has been widely used in the manufacturing industry because of its high machiningaccuracy,good surface quality of the machined workpiece,and environmental friendliness.However,the tool during the high-speeddry cutting process suffers from severe thermal/mechanical effects.Therefore,reducing the tool wear is one of the key approaches toimprove the high-speed dry cutting technology.To meet the high requirements of coated tools in high-speed dry cutting,AiCrBSiNcoatings were prepared on cemented carbide tools by a multiarc ion plating technique.X-ray diffractometry and scanning electronmicroscopy were used to analyze the phases and microstructures of the AlCrBSiN coatings.A microhardness tester,scratch tester,andvacuum annealing furnace were used to analyze the mechanical and high-temperature properties.Furthermore,the high-speed drycutting performance against 20CrMo of the AICrBSiN coatings was investigated by a computer numerical control and high-accuracydynamometer.X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray diffraction results show that the phase structures in the AICrBSiN*国家自然科学基金（52 2 7 10 47）、安徽省自然科学基金（2 2 0 8 0 8 5ME106）和安徽省高等学校自然科学研究（KJ2021A0390）资助项目。Fund:Supported by National Natural Science Foundation of China(52271047),Provincal Natural Science Foundation of Anhui(2208085ME106),and AnhuiProvince University Natural Science Research Project(KJ2021A0390).20220831收到初稿，2 0 2 30 2 0 9收到修改稿119第4期薛海鹏，等：AICrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能coatings with different B contents(0 at.%,0.64 at.%,and 1.03 at.%)contain solid-soluble(Al,Cr)N phases.The B and Si elementsare mainly in the form of amorphous SigN4 and BN.Both B and Si elements result in grain refinement of the AICrBSiN coatings.Thethicknesses of B0,B5,and B10 coatings were on the order of 4.0 m.All coatings were well adhered to the substrate.TheAICrBSiN coatings could be divided into three parts:the bottom layer was a Cr+CrN adhesion layer,the middle layer was an AICrNtransition layer,and the top layer was an AICrBSiN working layer.Microhardness and scratch experiments showed that the B5coating(with a B content of 0.64 atom%)exhibited a higher adhesion strength(Le2 of 52.8 N),while the B10 coating(with a Bcontent of 1.03 atom%)exhibited the highest hardness(3 618 71 HKo.0s).A high-temperature annealing experiment showed thatthe microhardness of the coatings increased slightly after annealing at 800 C.Further increase in the annealing temperature to1 000 C resulted in phase decomposition and sharp decrease in microhardness.The B5 coating exhibited the highest temperaturestability.The B5-coated cutter exhibited the smallest cutting force and longest life(17 min)during a high-speed dry turning against20CrMo,21%larger than that of the AICrsiN coating without B.Various cutting stages including initial,middle,and failure stageswere observed using scanning electron microscopy-energy-dispersive spectroscopy to investigate the wear mechanism evolutionduring the high-speed dry turning.Scanning electron microscopy observations on the coated cutters after turning showed that the mainwear mechanism on the flank face was abrasive and adhesive wear,while the main wear mechanism on the rake face was oxidation,abrasive,and adhesive wear.The addition of B element improved the structural stability and microhardness at the as-deposited stateand at a high temperature of the AiCrBSiN composite coating,which is beneficial to maintain the strong mechanical properties of thecutting edge of the coating tool under the high-speed dry cutting.The cutting force,friction factor,abrasive wear,and adhesive wearin the high-speed dry cutting process of the coating tool could be reduced,which shows better wear resistance and adhesion resistance,conducive to an extended service life of the coated tools.The high temperature stability and high-speed dry cutting performance ofAICrBN-coated cutters could be enhanced by the addition of B.The AICrBSiN coating can effectively improve the high-temperatureand cutting wear properties of the tool surface,which has a potential application in high-speed dry cutting.Keywords:AlCrBSiN coating;high-temperature performance;high-speed dry cutting performance;wear resistance0前言高速干式切削技术因其具有加工精度高、加工件表面质量好和绿色环保等优势，已广泛应用于机械制造行业。涂层刀具的出现，使高速干式切削技术有了重大突破。硬质涂层兼具高硬度、耐磨和抗高温氧化等优点，可有效延长刀具的使用寿命。AICrN涂层作为近年来发展最为迅速的硬质涂层之一，涂层中的A1元素在高温条件下能够在涂层表面生成致密的富A1氧化膜，阻碍氧元素向涂层内部扩散，使其具有良好的抗氧化性能。但是，在高速干式切削强热力耦合作用下，涂层刀具刃口处磨损加剧2，AICrN涂层在高速干式切削方面上的应用面临着重要挑战。为了进一步提高AICrN涂层的性能，研究人员在相关研究基础上，加入合金元素如Si和B等，制备了具有高硬度、高耐磨和耐热的AICrSiN和AICrBN纳米复合涂层3-5，如在AICrN涂层中加入10at.%的Si，可形成非晶SiNx相，进一步细化涂层晶粒，涂层硬度可从2 6 GPa（A ICr N涂层）增加到36GPa（A ICr Si N涂层）3。何澄等4 比较了AICrN和AICrSiN涂层的干式切削性能，同等磨损条件下，AICrN涂层刀具铣削长度为11m，而AICrSiN涂层刀具的铣削长度可达18 m，铣削寿命显著提升。最近，有研究表明，在AICrN涂层中加入B元素亦可形成纳米复合结构，从而可获得更高的硬度和优异的高温性能5-7 。TRITREMMEL等 沉积制备了AICrBN涂层，该涂层的复合结构由非晶BNx相包裹AICrN纳米晶体组成。与AICrN涂层相比，AICrBN涂层具有更高的硬度和高温抗氧化性能。CHEN等9指出，细晶强化和固溶强化是AICrBN涂层具有高硬度的主要原因，并且较高的硬度和高温稳定性进一步提高了其抗高温磨损性能。HU等10 对AICrN和AICrBN涂层进行了对比试验，发现经1000退火后，AICrN涂层的硬度急剧下降，而AICrBN涂层的组织结构基本不变，其硬度仍保持在32 GPa 以上。NGUYEN等 发现，经6 0 0 1000的高温氧后，B元素的加入降低了CrAIBN涂层的氧化速率。此外，由于B可以形成B2O3氧化薄膜，该薄膜有助于进一步降低摩擦因数。DING等12 报道，TiB2基陶瓷复合材料在大气气氛中发生120中面表国程2023年摩擦磨损时，可原位形成含B的氧化薄膜，进而表现出较低的摩擦因素数和磨损率。本文利用离子源增强的多弧离子镀技术13 制备了3种不同B含量的AICrBSiN涂层，系统研究B含量对涂层结构、高温稳定性、高温硬度和高速干式车削性能的影响，并对其切削磨损机理进行了详细讨论。1材料与方法1.1涂层制备高速干式切削试验选用刀具为桃型YG8硬质合金车刀片。为方便检测涂层的组织结构、力学和高温性能，选择与刀具基体材料相同的块状试样（2 0 m m 2 0 m m 4.5m m）。块状试样先经金刚石磨盘进行研磨和抛光处理，随后放入超声波清洗设备。所有试样均在丙酮和酒精中各清洗2 0 min，吹干后待用。本文制备的AICrBSiN涂层结构包括3部分：粘接层（Cr十CrN）、过渡层（AICrN）、工作层（AICrBSiN）。首先，利用纯Cr靶制备粘结层Cr十CrN，负偏压为-6 0 V，电流为12 0 A，沉积时间为16 min；接下来，开启Al67Cr33合金靶（下标为原子比，靶材纯度为99.97 at.%）制备AICrN过渡层，负偏压为-6 0 V，合金靶电流为130 A，沉积时间为140min；最后制备工作层。具体步骤如下所述。（1）BO 涂层的工作层：使用2 块Al6oCr3oSi1o（下标为原子比，靶材纯度为99.97 at.%），负偏压为-60V，A l 6 o Cr 30 Si o 靶材电流为130 A，沉积时间为50 min。（2）B5涂层的工作层：使用1块Al6oCr3oSi1o（99.97 a t.%）和1块Al67Cr28Bs（99.95a t.%），负偏压为-6 0 V，A l 6 o Cr 30 Si 1o 靶电流为130 A，A l 6 7 Cr 2 8 Bs靶电流为8 0 A，沉积时间为50 min。（3）B10 涂层的工作层：使用1块Al6oCr3oSilo（99.97 a t.%）和1块Al6oCr3oB1o（99.95a t.%）制备B10涂层，负偏压为-6 0 V，A l 6 o Cr 3o Si 1o 靶电流为130A，A l 6 o Cr 30 B10 靶电流为8 0 A，沉积时间为50min。1.2涂层表征采用Ultimalv型X射线衍射仪检测涂层的物相，扫描速度和扫描区间别分别为10（）/min和308 0；采用ThermoESCALAB250型X射线光电子能谱（XPS）设备分析涂层的成分和化学健态，表1中列出了涂层中的化学成分。可以看出所有涂层中A1/Cr2：1（原子比），B0、B5和B10涂层中的B含量分别为0、0.6 4和1.0 3at.%。采用PhenomXL型扫描电子显微镜（SEM）观察涂层横截面以及刀具磨损形貌，并结合能谱仪（EDS）对其进行检测分析。表1制制备态AICrBSiN涂层的化学成分（at.%）Table1(Chemical composition of as-depositedAICrBSiNcoatings(at.%)CoatingA1CrBSiNBO34.4116.834.1644.60B536.5116.730.641.5544.60B1036.7915.071.031.6445.40采用AntonPaarRST3型划痕测试系统对涂层结合强度进行检测，加载速率为10 0 N/min，加载长度为5mm，最大载荷为10 0 N。采用显微硬度计（M H-5L D 型）表征涂层的努氏显微硬度，载荷为0.5N，每个涂层测量12 次并取其平均值作为最终硬度值；采用ZM-40-15立式真空高温热处理炉，分别在8 0 0、90 0 和10 0 0 条件下对涂层进行高温退火试验，真空度 3MPa，保温时间2 h，随后随炉冷却。利用TAIWANTAKISAWALA-150型车床在对涂层刀具进行高速干式车削试验，切削试验中使用的车削材料为2 0 CrMo，平均硬度为2 0 0 HB。车削参数为：车削速度2 50 m/min，径向深度为0.3mm，进给量为0.1mm。每车削1min后，使用便携式工具显微镜观察后刀面的磨损形貌，测量磨损宽度。当后刀面磨损达到0.3mm时则判定刀具失效，车削试验停止。同时，利用Kistler9129A测力仪实时测量车削力，并在车削结束后，对车削力进行进一步分析。将径向车削力F,和主车削力Fx代入公式=tan(十arc(F,/Fx)中计算，即可得出车削的平均摩擦因素。其中，为摩擦因数，为涂层刀具前角，本试验中为0。2结果与分析2.1涂层成分分析图1所示为典型的B10涂层的XPS图谱。由B1s图谱可以看出，在健结合能为190.6 eV处出现的特征峰与非晶BN相的B-N 键相符合14。而由Si2p图谱发现，在健结合能为10 1.6 eV处出现的峰与非晶SisN4相中的Si-N键相吻合15。此外，从N1s的XPS能谱图中可以发现，在结合能为396.4、396.6、39 7.2 和39 8.2 eV处出现的特征峰分别与AI-N、Cr-N、B-N和Si-N键相吻合。121第4期薛海鹏，等：AICrBSiN复合涂层及高速干式切削性能3.014A12pB1s122.9AI-NB-N102.8862.7422.66570758085180185190195200Binding energy/evBinding energy/ev(a)A1 2p(b)B 1sAI-N2.6Si2p35N1sCr-NSi-N302.4Si-N25B-N2.2202.01511.810WM151.61109095100105110390392394396398400402404Binding energy/eVBinding energy/ev(c)Si2p(d)N 1s图1B10涂层的XPS图谱Fig.1XP-spectrums of B10 coating2.2XRD分析图2 所示为AICrBSiN涂层的XRD图谱，可以发现涂层的主要物相为固溶的（Al,Cr）N相和来自-(Al,Cr)N-Co-TiC(00%)*-WCB10:众大B5BO30405060708020/()图2AICrBSiN涂层的XRD图谱Fig.2XRD patterns of AICrBSiN coatings于基体的WC峰。其中，（Al，Cr）N相在（111）、（2 0 0）、（2 2 0）晶面上均出现衍射峰。（Al,Cr）N相的形成主要是由于部分Al原子置换出CrN中的Cr原子，从而形成（Cr,AI）N固溶相。结合上述XPS结果可知，B和Si均以非晶SiN4和BN相的形式存在于涂层中。2.3涂层横截面形貌分析图3所示为AlCrBSiN涂层截面形貌，由图可知，B0、B5和B10涂层的厚度分别为4.1、4.1和4.0m，且涂层与基体结合良好。涂层可分为3部分：下层为Cr十CrN粘接层；中间层为AICrN过渡层，可以观察到明显的柱状晶结构；上层为工作层。通过对工作层仔细观察可以发现，加入了Si和B元素之后，原本AICrN的柱状晶结构变的更加致密，表明Si和B元素对涂层组织具有细化作用16 。其中，B5涂层的工作层中的B十Si含量最少，其晶粒细化程度要低于其他涂层。面122中表程国2023年Working layerAICrNCrN4m4um4Am(a)BO coating(b)B5 coating(c)B10 coating图3AICrBSiN涂层截面形貌Fig.3Cross-section morphologies of AlCrBSiN coatings2.4涂层结合强度分析为进一步研究涂层与基体材料之间的结合情况，采用划痕试验对涂层进行检测。图4所示为AICrBSiN涂层的划痕声发射信号结果以及划痕表面形貌。结合声信号和划痕表面形貌，可得到表征B0、B5和B10涂层结合强度的Lc2值分别为51.9、52.8和48.1N，其中B5涂层的划痕结合强度最高。Lc2=51.9N020406080100Load/N(a)BO coatingLc2=52.8N020406080100Load/N(b)B5 coatingLc2=48.1 N020406080100Load/N(c)B10 coating图4AICrBSiN涂层的声发射结果及划痕表面形貌Fig.4Acoustic emission results and scratched surfacemorphologies of AlCrBSiN coatings2.5涂层高温性能分析图5所示为JAICrBSiN涂层经8 0 0、90 0 及1000真空退火后的XRD图谱。当退火温度为800时，3种涂层中的(Al，Cr)N衍射峰，尤其是（2 0 0）晶面的衍射强度与沉积态相比有所增强，且向高角度发生偏移。晶面衍射强度的增强说明涂层中出现了回复再结晶现象（点缺陷消除、应变释放等），导致(Al，Cr)N固溶体的结晶程度增加。当退火温度增加到90 0 时，B5和B10涂层中(A1,Cr)N的（111）和（2 0 0）晶面衍射峰强度进一步增强。有研究报道，AICrN涂层在8 0 0 以上进行退火时会发生相分解，分解为 h-AIN 和 h-Cr2N17。BO 涂层在35.9处出现了明显的h-AIN的衍射峰，而B10涂层中则同时出现了h-AIN和h-Cr2N相，表明BO和B10涂层经90 0 真空退火后均发生了相分解。当退火温度进一步增加到10 0 0 时，3种涂层中均出现了h-AIN和h-Cr2N衍射峰，说明经10 0 0 退火后，所有涂层中的（Al，Cr）N相均都发生了分解，并且h-Cr2N相进一步分解为体心立方的Cr 和N,18。值得注意的是，123薛海鹏，等：AICrBSiN复合涂及高速干式切削性能第4期B5涂层中(Al，Cr)N相的（111）和（2 0 0）晶面衍射峰强度虽较于8 0 0 时有所下降，但其强度仍高于其他涂层；而B10涂层的(Al，Cr)N相衍射峰几乎消失，说明其分解程度较高。由高温XRD结果可知，B5涂层具有较佳的高温相结构稳定性。Co(Al,Cr)NTiCh-AINWCCr2-NCr1000900800As-dep303234363840424446485020/()(a)BO coatingCo(A1,Cr)NTiCh-AINWCCr2-NCr(00z)1000900800As-dep3032343638404244 46485020/()(b)B5 coatingCO(A1,Cr)NTich-AINWCCr2-NCr(00z)1000900800As-dep303234363840424446485020/()(c)B10 coating图5真空退火后AICrBSiN涂层的XRD图谱Fig.5XRD patterns of annealed AICrBSiN coatings图6 显示了高温退火后AlCrBSiN涂层的努氏硬度。可以看出，未经退火处理的涂层中BO涂层的硬度最低，而B10涂层硬度最大，达到36 18 士98HK0.05。这是由于B10涂层中B十Si的含量最高，其晶粒细化效果最强，导致其涂层硬度最高。涂层经8 0 0 退火后，3种涂层的硬度均略有上升，其主要原因是涂层中发生了调幅分解，并产生了时效强化效应19。当退火温度增加到90 0 时，3种涂层的硬度均呈现出一定程度的下降，这主要与涂层在90 0 退火后发生了相分解有关。当退火温度进一步增加到10 0 0 时,涂层中形成了较软的h-AIN相，h-Cr2N相进一步分解为金属Cr相和N2，导致涂层硬度急剧下降。值得注意的是，B5涂层经1000退火出后仍表现出较高的硬度（2 8 0 0HK0.05），这可以保证在高速干式切削条件下，涂层刀具切削刃仍能保持较高的力学强度。4000BO coatingB5 coating3.500B10 coating30002.5002.000150010005000As-deposited8009001000Temperature/C图6退火后AICrBSiN涂层的显微硬度Fig.6Micro-hardness of annealed AICrBSiN coatings2.6高速干式车削性能分析图 7 显示了 AICrBSiN涂层在切削速度为250m/min时的高速干式车削寿命、切削力及摩擦因数。由图7 a可以发现，BO涂层的切削寿命最短，为14min，而B5和B10涂层的寿命分别为17 min和15min。B5和B10涂层与未含B的B0涂层相比，切削寿命均有所提升，其中B5涂层的车削寿命提升了2 1%。以B5涂层刀具为例，切削曲线分为3个阶段：0 2 min为初始磨损阶段，涂层的后刀面磨损量增至0.0 6 4mm；2 6 m i n 为稳定磨损阶段，后刀面磨损量仅达到0.0 8 15mm；而后进入剧烈磨损阶段直至涂层失效。在车削的同时进行了切削力测试，其结果如图124中工表面国程2023年7b和7 c所示。涂层刀具在切削时承受的主切削力和径向切削力均随着后刀面磨损程度的增加而增加。观察后刀面磨损过程（图8）可以发现，刀尖逐渐被磨平，后刀面与工件的接触面积增大，导致切削力的逐渐增加。此外，B5涂层所承受的主切削力和径向切削力均为最低，说明B5刀具涂层更适合高速干式车削。由上述高温结果可知，B5涂层表现出较高的高温相结构稳定性和高温硬度，减少了车削过程中的后刀面磨损，切削刃完整性较好，进而降低了刀-屑接触区之间的摩擦和切削力。由图7 b和7 c还发现，涂层刀具失效时其切削力均相近，主切削力在132 N左右，径向切削力在10 7 N左右。这是因为在切削末期，磨损加剧，后刀面工作区几乎无涂层保护，刀-屑接触区涂层面积和切削力均相近。图7 d为AICrBSiN涂层车削时的平均摩擦因素，可以发现B0、B5和B10涂层的摩擦因数分别为0.94、0.8 8和0.91。其中，B5涂层在切削过程中的摩擦因素最低，并且含B涂层的B5和B10涂层车削时的摩擦因素均低于不含B的BO涂层。1120.351100.30108工0.251061040.201020.15100980.10Bo coating96Bo coating0.05B5 coatingB5 coatingB10 coating94B10 coating9211024681012141618024681012141618Cutting time/minCutting time/min(a)Turninglifecurve(b)Main yurningforce1401.01350.81301250.61201150.4110-BO coatingB5 coating0.2105B10coating10246810121416180Cutting time/minBo coatingB5 coatingB10 coating(c)Radial turning force(d)Friction factor图7 AICrBSiN涂层车削寿命曲线、主切削力和径向切削力以及摩擦因素Fig.7Turning life curve,main turning force and radial turning force and friction factor of AICrBSiN coatings图8 所示分别为AICrBSiN涂层车削3.5、8 min后的后刀面磨损形貌。可以发现，在相同切削时间下，B5涂层车刀的后刀面磨损宽度最小，而BO涂层车刀的后刀面磨损宽度最大。随着车削试验的进行，后刀面磨损逐渐增大，且呈山峰形，其磨损形貌也与初期相类似。随着切削时间（长度）增加，切削温度升高，磨损加剧，刀具变钝，导致刀具失效。同时，由于失去涂层的保护作用，刀具基体在高温下更易发生软化，进一步加剧了刀具的磨损，所以涂层刀具的后刀面在切削中后期磨损急剧增加直至失效。125第4期薛海鹏，等：AICrBSiN复合涂层制备及高速干式切削性能3.5min5min3.5minm69m100um100um100um(a)BO coating(b)B5 coating(c)B10 coating8mm8mm&min138Jum100um100um100um(d)BO coating(e)B5 coating(f)B10 coating图：涂层刀具车削3.5min和8 min时的后刀面磨损形貌图Fig.8Wear morphologies on flank face of AICrBSiN coated cutters after turning 3.5 min and 8 min图9 a为B0涂层车削3.5min时后刀面的磨损形貌放大图，同时对图中的两个不同区域进行了能3.5minFurTow+BAdhesion100um(a)BO coatingmin+C50um(b)B5 coating图9BO涂层车刀工作3.5min时后刀面磨损形貌和B5涂层车刀工作17 min后的后刀面磨损形貌Fig.9Wear morphologies on flank face of BO coated cuttersafter turning 3.5 min and B5 coated cutters after turning 17 min谱分析，结果见表2。点A处的能谱结果表明该区域为涂层，且可以看到明显的犁沟，显示出典型的磨粒磨损形貌。在加工过程中，涂层表面的“大颗粒”以及被加工材料中的“硬质颗粒”在切削应力与剪切应力的作用下，发生脱落并随切屑流向刀-屑接触区，从而产生机械划擦作用，划伤涂层表面，产生磨粒磨损。点B处灰色物质的主要成分为Fe和Cr，这与被加工材料2 0 CrMo的成分相吻合，即发生了粘结磨损。由于刀具基体中的Co与被加工材料中的Fe亲和力较强，基体与高温状态的被加工件接触后容易发生相互扩散，使得大量被加工材料黏附于刀具表面。在后续的加工过程中，这些表面粗糙的黏着物会增加刀具与工件之间的摩擦力，使得切削时的工作温度增加，加速涂层失效。所以BO涂层车刀工作前期，涂层的主要磨损形式为磨粒磨损和粘结磨损。表2 BO和B5涂层车刀后刀面EDS分析（at.%）Table 2EDS results on flank face of BO and B5coatedcutters(at.%)PointA10CrNSiFeCoMnA30.092.5818.1937.592.6一B一9.7一一90.3一一C1.0498.620.35D1.212.323.3989.842.081.16图9b为切削寿命最佳的B5涂层刀具切削17min后的后刀面磨损形貌，可以发现其后刀面涂层磨损严重，表面黏附着大量的被加工材料。同时EDS结果检测到涂层中有氧存在，表明存在氧化磨损。综上所述，AICrBSiN涂层后刀面126面中工表程国2023年的主要磨损形式是磨粒磨损、粘结磨损和氧化磨损。图10 所示为B0涂层车刀前刀面前期（3.5m i n）、中期（8 min）、后期（14 min）的磨损形貌。可以发现，前刀面在距离刃口30 0 um处形成了“月牙洼”。表3能谱结果显示月牙洼内部Fe元素含量较高，表明大量的被加工材料黏附在前刀面表面，形成典型的粘结磨损。高速干式切削过程中，在切削力热的耦合作用下，切屑易粘结在前刀面表面，且随着切削的进行，部分粘结材料发生脱落并带走涂层材料，裸露出刀具基体材料。观察刀具失效的前刀面形貌可以发现，随着切削过程的进行，月牙洼磨损区域变大，刃口处被磨平，涂层刀具的切削加工能力下降。CratenvearAdhesion100um100um(a)3.5 min(b)8 min(c)14 min图10 BO涂层车刀不同车削时间的前刀面磨损形貌Fig.10Wear morphologies on rake face of BO coated cutters after turning various times表3BO涂层车刀前刀面EDS分析（at.%）Table3EDS results on rake face of BO coated cutters(at.%)Point0CrNSiFeCoMn12.411.5795.530.49一一229.3438.7511.4714.554.211.6831.7351.5119.0018.520.962.5743