近日，威尼斯官网先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室张世宏教授团队在《Tribology International》期刊（中科院一区Top）连续发表高速干式切削加工钛合金用硬质涂层的最新研究成果。该期刊为摩擦磨损及机械领域国际权威期刊，享有较高的学术声誉。威尼斯官网为论文第一单位，材料科学与工程学院方炜博士为第一作者，蔡飞副教授、张世宏教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金等项目支持。

钛合金具有强度高、耐蚀和耐热性好等优点，广泛应用于航空关键零部件的制造。高速干式切削具有高效率和低能耗的特点，是实现“双碳”目标的重要途径之一，但面向钛合金高速干式切削加工的刀具在严苛的热/力耦合作用下，磨损尤为严重。如何减少刀具的磨损，是推广高速干式切削加工钛合金的关键。传统的AlTiN硬质涂层用于高速干式切削加工钛合金时，存在高温性能较差和黏着严重等问题。

（典型AlTiBN涂层的TEM）

（不同B含量AlTiBN涂层高速干式切削加工钛合金寿命曲线和磨损形貌，以及典型的涂层失效模型）

团队提出了基于硼元素原位形成自润滑氧化膜的硼掺杂铝基AlTiBN硬质涂层的设计方法，通过构筑非晶BN包裹(Al, Ti)N纳米晶的复合结构，增强了AlTiBN复合涂层的高温硬度和高温韧性，进而提升了其高速干式切削加工钛合金性能，并提出了该切削条件下的硬质涂层失效模型。

（典型AlTiN/AlTiBN多层复合涂层的TEM）

（不同多层结构AlTiN/AlTiBN多层复合涂层的高频冲击力变化曲线 a 单层，b 3层，c 5层，d 10层）

（不同多层结构AlTiN/AlTiBN多层复合涂层刀具的高速干式切削加工钛合金寿命曲线a 80m/min，b 100m/min）

在上述研究基础上，团队针对高速干式切削钛加工合金过程中刀具涂层受到高频冲击导致的疲劳问题，将异质界面共格强化、纳米晶强化、纳米多层增韧协同作用引入了涂层设计，实现了高强韧耐热的AlTiN/AlTiBN多层复合涂层的可控制备，提升了硬质涂层的冲击疲劳抗性和高温性能，进而显著延长了涂层刀具在高速干式切削加工钛合金环境下的服役寿命，并提出通过抑制裂纹扩展来研究涂层切削过程中的磨损、变形、剥落的方法，为制备高性能刀具涂层以及切削磨损失效机理分析提供了新思路。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108730

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.triboint.2024.109258

（撰稿：蔡飞 审核：李永涛 张苒 黄敏）