一步法制备基于磷杂烯的混合涂层，用于阻燃、抗菌及疏水处理的粘胶织物

《Surface and Coatings Technology》：One-step construction of a phosphazene-based hybrid coating for flame-retardant, antimicrobial, and hydrophobic viscose fabric

研究对比了三种涂层（未涂层、TiAlSiN、TiSiN/TiSiVN）Al?O?/SiC陶瓷刀具在干式车削AISI 316 L不锈钢时的性能。结果表明，TiSiN/TiSiVN涂层在350 m/min高速下切削力仅增长15%，表面粗糙度最低，V?O?氧化物形成有效降低摩擦和热降解，显著提升刀具磨损抵抗力和加工稳定性。

　　在现代制造业中，材料加工技术正面临着越来越多的挑战，特别是在高精度、高效能和环保要求日益提高的背景下。AISI 316L不锈钢因其优异的机械性能、生物相容性和耐腐蚀性，广泛应用于生物医学、石油化学和海洋工程等领域。然而，这类材料在干式切削过程中表现出独特的物理特性，如低热导率、高应变硬化能力和较强的粘附性，这些特性使得传统的切削工艺难以满足高效加工的需求。为了解决这些问题，研究者们不断探索新型的切削工具材料和表面处理技术，以提高工具的使用寿命和加工效率。

干式切削作为一种重要的绿色制造技术，能够显著减少切削液的使用，从而降低环境污染和成本。然而，干式切削条件下，切削区域的高温和高摩擦会导致工具的快速磨损和表面质量下降。因此，开发具有优异抗磨损性能和良好润滑特性的涂层技术成为研究热点。在这一背景下，TiAlSiN和TiSiN/TiSiVN涂层因其独特的结构和性能被广泛研究。TiAlSiN涂层具有良好的热稳定性和氧化性能，能够在高温下形成致密的Al?O?层，起到保护作用。而TiSiN/TiSiVN多层涂层则通过引入钒元素，实现了更复杂的氧化行为，能够形成自适应的V?O?润滑膜，从而显著降低摩擦和温度，提高工具的耐用性。

本文通过对三种不同涂层的Al?O?/SiC陶瓷工具在干式切削AISI 316L不锈钢过程中的性能进行系统研究，重点分析了切削力、表面粗糙度、切削温度和工具磨损等关键参数的变化趋势。实验采用三道连续的切削工艺，切削速度分别设定为200、250、300和350 m/min，以全面评估不同切削条件下的工具表现。通过实验数据和分析手段，如扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）以及拉曼光谱，研究者们揭示了不同涂层在干式切削过程中形成的氧化层及其对工具性能的影响。

在切削力方面，实验结果表明，未涂层工具在三道切削过程中表现出最大的上升趋势，尤其是在350 m/min时，切削力增加了约32%。相比之下，TiAlSiN涂层工具的切削力增长较为平缓，平均增加了约28%。而TiSiN/TiSiVN多层涂层工具的切削力增长最低，仅为15%。这一趋势表明，TiSiN/TiSiVN涂层在抑制切削力方面具有显著优势，其原因在于该涂层能够形成低摩擦的V?O?润滑膜，从而有效降低切削过程中产生的机械阻力。

表面粗糙度是衡量加工质量的重要指标之一。实验结果显示，未涂层工具的表面粗糙度随着切削次数的增加而显著上升，尤其在350 m/min时，表面粗糙度增加了约45%。TiAlSiN涂层工具的表面粗糙度增长幅度较小，约为32%。而TiSiN/TiSiVN多层涂层工具则表现出最佳的表面质量，其表面粗糙度的增加幅度仅为22%。这说明，TiSiN/TiSiVN涂层不仅能够有效减少切削力，还能够显著改善表面粗糙度，从而提升加工效率和产品质量。

切削温度是影响工具性能和加工质量的关键因素。在干式切削过程中，未涂层工具的切削温度上升最为明显，尤其是在350 m/min时，平均温度增加了约30%。TiAlSiN涂层工具的切削温度上升幅度有所缓解，约为20%。而TiSiN/TiSiVN多层涂层工具的切削温度控制最为出色，其温度上升幅度仅为18%。这一结果表明，TiSiN/TiSiVN涂层能够通过形成有效的氧化层，减少热量的传递，从而延缓工具的热软化和磨损。

在工具磨损方面，未涂层工具表现出最严重的磨损情况，其前刀面磨损（VB）在350 m/min时增加了约90%。TiAlSiN涂层工具的磨损情况有所改善，增加了约60%。而TiSiN/TiSiVN多层涂层工具的磨损增加幅度最低，仅为40%。这说明，TiSiN/TiSiVN涂层在抵抗磨损方面具有显著优势，其多层结构能够有效分散应力并阻止微裂纹的扩展，同时自适应氧化层的形成进一步提高了工具的耐磨性。

此外，通过SEM和EDS分析，研究者们还观察到了不同涂层在切削过程中形成的氧化层及其对磨损机制的影响。未涂层工具的前刀面出现了明显的凹槽和材料粘附现象，而TiAlSiN涂层工具则形成了较薄的Al?O?层，有效减少了材料的粘附和热软化。相比之下，TiSiN/TiSiVN多层涂层工具在切削过程中形成了更复杂的氧化层，其中V?O?的形成显著降低了摩擦系数，同时改善了切削温度和表面质量。

拉曼光谱分析进一步证实了不同涂层在切削过程中形成的氧化层的化学性质。TiAlSiN涂层的氧化层主要由TiO?和Al?O?组成，这些氧化物虽然能够提供一定的热稳定性和化学保护，但对摩擦的抑制作用有限。而TiSiN/TiSiVN多层涂层则形成了包括V?O?在内的多种氧化物，这些氧化物具有较低的剪切强度，能够形成润滑膜，从而显著降低摩擦并提高工具的耐用性。

综上所述，TiSiN/TiSiVN多层涂层在干式切削AISI 316L不锈钢过程中表现出卓越的性能。其独特的多层结构和自适应氧化机制使其在切削力、表面粗糙度、切削温度和工具磨损等方面均优于TiAlSiN涂层和未涂层工具。这些优势不仅提升了加工效率，还延长了工具的使用寿命，为高精度、高效率的干式切削提供了新的解决方案。未来，随着对涂层性能的进一步研究和优化，TiSiN/TiSiVN涂层有望在更广泛的工业应用中发挥重要作用，特别是在对环保和成本控制要求较高的制造环境中。