發(fā)布時(shí)間：2021-06-06 23:47

　　氣相沉積薄膜賦予材料表面特殊的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在航天航空、微電子、機(jī)械制造等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，特別是在金屬切削加工刀具的性能提高方面，具有舉足輕重的作用。氣相沉積的多層膜往往具有基體和單層膜難以達(dá)到的特殊性能，是當(dāng)前薄膜材料理論與技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。已有的關(guān)于氮化物/金屬多層膜的研究成果，預(yù)示著氣相沉積多層膜技術(shù)有著良好的發(fā)展前景。鉭是一種硬度高、韌性好、熔點(diǎn)高的過渡金屬元素，經(jīng)常用于提高合金的抗高溫氧化性能。將鉭與氮化物制成多層膜，有可能提高薄膜力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性。但是，由于全球鉭資源不太豐富，相關(guān)研究尚少見報(bào)道。我國(guó)鉭資源較豐富，工業(yè)儲(chǔ)量達(dá)3.984萬噸，位居世界第二。研究含鉭多層膜有助于開創(chuàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的薄膜技術(shù)。本文以提高數(shù)控機(jī)床車削涂層刀具性能為對(duì)象，側(cè)重研究TiN/Ta多層膜和TiAlN/Ta多層膜相關(guān)理論與技術(shù)。采用離子束輔助沉積方法制備不同調(diào)制比和調(diào)制周期的TiN/Ta多層膜和TiAlN/Ta多層膜，優(yōu)化多層膜結(jié)構(gòu)；開發(fā)適用于氮化物/鉭多層膜工業(yè)化制備的多弧離子鍍和磁控濺射復(fù)合鍍膜設(shè)備及其工藝裝備；通過車削和物理化學(xué)性能研究，優(yōu)化硬質(zhì)合金刀具TiAlN/Ta... 

【文章來源】：機(jī)械科學(xué)研究總院北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：133 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 多層膜的力學(xué)特性
        1.2.1 超模效應(yīng)
        1.2.2 超硬效應(yīng)
        1.2.3 耐磨性
    1.3 多層膜的強(qiáng)化機(jī)制
    1.4 多層膜的材料體系
        1.4.1 金屬/金屬多層膜
        1.4.2 金屬/陶瓷多層膜
        1.4.3 陶瓷/陶瓷多層膜
    1.5 氮化物/金屬多層膜
        1.5.1 氮化鈦/金屬多層膜
        1.5.2 氮化鈦鋁/金屬多層膜
    1.6 含鉭薄膜的研究進(jìn)展
    1.7 本文的研究?jī)?nèi)容
第二章 多層膜的制備及性能表征方法與儀器設(shè)備
    2.1 離子束輔助沉積
        2.1.1 離子束輔助沉積原理
        2.1.2 離子束輔助沉積設(shè)備及工藝
    2.2 多弧離子鍍
        2.2.1 多弧離子鍍的原理
        2.2.2 多弧離子鍍的特點(diǎn)
        2.2.3 主要工藝參數(shù)
    2.3 磁控濺射
        2.3.1 磁控濺射的原理
        2.3.2 磁控濺射的工藝參數(shù)
    2.4 氮化物/鉭多層膜的制備
        2.4.1 基體及靶材
        2.4.2 制備工藝
    2.5 多層膜的性能表征方法
        2.5.1 成分及結(jié)構(gòu)分析儀器與方法
        2.5.2 力學(xué)性能測(cè)試儀器與方法
        2.5.3 其他測(cè)試
第三章 TiN/Ta 多層膜的制備及性能
    3.1 TiN/Ta 多層膜的制備工藝
    3.2 TiN/Ta 多層膜調(diào)制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
        3.2.1 調(diào)制周期的優(yōu)化
        3.2.2 調(diào)制比的優(yōu)化
    3.3 TiN/Ta 多層膜的其他力學(xué)性能
        3.3.1 膜/基結(jié)合力
        3.3.2 斷裂韌性
        3.3.3 殘余應(yīng)力
    3.4 TiN/Ta 多層膜的成分及結(jié)構(gòu)
        3.4.1 俄歇電子能譜分析
        3.4.2 透射電鏡分析
        3.4.3 X 射線衍射分析
    3.5 TiN/Ta 多層膜的熱穩(wěn)定性
    3.6 TiN/Ta 多層膜的強(qiáng)化機(jī)制
    3.7 本章小結(jié)
第四章 TiAlN/Ta 多層膜的制備及性能
    4.1 TiAlN/Ta 多層膜的制備工藝
    4.2 TiAlN/Ta 多層膜的力學(xué)性能
        4.2.1 納米硬度
        4.2.2 彈性模量
        4.2.3 膜/基結(jié)合力
    4.3 TiAlN/Ta 多層膜的成分及結(jié)構(gòu)
        4.3.1 聚焦離子束-掃描電子顯微鏡分析
        4.3.2 X 射線衍射分析
    4.4 TiAlN/Ta 多層膜的熱穩(wěn)定性
        4.4.1 DSC/TG 分析
        4.4.2 不同溫度下的熱穩(wěn)定性
        4.4.3 TiAlN/Ta 多層膜熱穩(wěn)定性提高的機(jī)理分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 多弧與磁控濺射復(fù)合薄膜沉積設(shè)備的研制
    5.1 結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
    5.2 真空系統(tǒng)
    5.3 沉積系統(tǒng)
        5.3.1 弧源及磁控靶
        5.3.2 專用樣品架
    5.4 控制系統(tǒng)
    5.5 本章小結(jié)
第六章 TiAlN/Ta 多層膜涂層刀具的生產(chǎn)工藝及性能
    6.1 TiAlN 薄膜沉積工藝的優(yōu)化
    6.2 TiAlN/Ta 多層膜涂層刀具的沉積工藝
    6.3 TiAlN/Ta 刀具涂層的結(jié)構(gòu)
        6.3.1 掃描電子顯微鏡分析
        6.3.2 X 射線衍射分析
    6.4 TiAlN/Ta 刀具涂層的力學(xué)性能
        6.4.1 納米硬度
        6.4.2 膜/基結(jié)合力
    6.5 本章小結(jié)
第七章 TiAlN/Ta 多層膜涂層刀具的切削性能
    7.1 TiAlN/Ta 多層膜涂層刀具的三向力測(cè)試與分析
        7.1.1 三向力測(cè)量方法
        7.1.2 CNMG120408 涂層刀具的三向力分析
        7.1.3 DCGT11T304 涂層刀具的三向力分析
    7.2 TiAlN/Ta 多層膜涂層刀具的切削性能
        7.2.1 切削實(shí)驗(yàn)條件
        7.2.2 粗車 1Cr18Ni9Ti
        7.2.3 粗車 20CrNiMo
        7.2.4 粗車調(diào)質(zhì) 45 鋼
        7.2.5 精車調(diào)質(zhì) 45 鋼
    7.3 本章小結(jié)
第八章 涂層表面狀態(tài)對(duì)切削性能的影響
    8.1 涂層表面的“大顆�！奔捌鋵�(duì)切削性能的影響
    8.2 涂層表面織構(gòu)及其對(duì)切削性能的影響
    8.3 本章小結(jié)
第九章 結(jié)論及展望
    9.1 本文的主要結(jié)論
    9.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)
    9.3 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]TiAlN/CrAlN納米結(jié)構(gòu)多層膜的結(jié)構(gòu)與性能[J]. 董松濤,喻利花,薛安俊,許俊華.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2010(08)
[2]Influences of Film Thickness on the Electrical Properties of TaNx Thin Films Deposited by Reactive DC Magnetron Sputtering[J]. Hongchuan Jiang,Chaojie Wang,Wanli Zhang,Xu Si and Yanrong Li State Key Laboratory of Electronic Thin Film and Integrated Devices,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu 610054,China.  Journal of Materials Science & Technology. 2010(07)
[3]TiN/Ti多層膜韌性對(duì)摩擦學(xué)性能的影響[J]. 龔海飛,邵天敏.  材料工程. 2009(10)
[4]Preparation of TiAlN/ZrN and TiCrN/ZrN multilayers by RF magnetron sputtering[J]. Jong-Kook LEE,G won-Seung YANG.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2009(04)
[5]Si3N4在h-AlN上的晶體化與AlN/Si3N4納米多層膜的超硬效應(yīng)[J]. 烏曉燕,孔明,趙文濟(jì),李戈揚(yáng).  物理學(xué)報(bào). 2009(04)
[6]TaN/TiN和NbN/TiN納米結(jié)構(gòu)多層膜超硬效應(yīng)及超硬機(jī)理研究[J]. 喻利花,董師潤(rùn),許俊華,李戈揚(yáng).  物理學(xué)報(bào). 2008(11)
[7]多弧離子鍍TiN/Cu納米復(fù)合多層膜致硬機(jī)理的探討[J]. 穆靜靜,王從曾,馬捷,鄭國(guó)龍.  熱加工工藝. 2008(08)
[8]納米銅-鎳多層膜的耐磨性研究[J]. 李振明.  材料開發(fā)與應(yīng)用. 1999(05)
[9]離子鍍膜中的弧電流對(duì)膜層質(zhì)量的影響[J]. 吳玉廣,陳福砦.  真空科學(xué)與技術(shù). 1999(05)
[10]W/SiC納米多層膜界面微結(jié)構(gòu)研究（英文）[J]. 李戈揚(yáng),張流強(qiáng),吳亮,施曉蓉,李鵬興.  電子顯微學(xué)報(bào). 1998(02)

碩士論文
[1]PVD硬質(zhì)合金涂層刀具切削和摩擦學(xué)性能研究[D]. 陳政文.機(jī)械科學(xué)研究總院 2012
[2]TiAlN薄膜的制備及其性能研究[D]. 夏侯良.西南交通大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3215395