本文關鍵詞： SiC-Al 薄膜 中間過渡層 摩擦特性 磨耗 界面強度　出處：《鄭州大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文利用自主研發(fā)的超高真空物理氣相沉積設備在基材(Ti-6Al-4V)上沉積出了性能優(yōu)異的Si C薄膜,并創(chuàng)新性地使用Al過渡層作為薄膜與基材之間的中間層,解決了二者間的結合強度問題;在薄膜中摻雜Al元素成功地解決了Si C薄膜的摩擦性能問題。同時,中間層材料與摻雜材料均為Al元素,可以簡化沉積工藝和沉積設備,使得可以用雙靶磁控濺射設備完成整個沉積過程,為解決鈦鋁合金的磨損問題提供了一種可靠的方法。為了滿足研究保護性涂層薄膜的需要,本文首先依據(jù)研究實踐經驗和相關技術,完成了射頻磁控濺射物理沉積系統(tǒng)(RF-MS PVD)的制造,其中以旋片泵、擴散泵和鈦泵組成的三級超高真空系統(tǒng),可以在30分鐘內使0.23立方米的真空室達到1.33×10-6 Pa以上的真空度。本研究中使用Al靶和Si C靶在鈦合金基材上濺射沉積得到了無定形的的Si C-Al薄膜,著重研究了Al摻雜含量、中間層厚度和摩擦副材料等參數(shù)對薄膜摩擦特性和界面結合強度的影響。當摩擦副為Si C時,隨著薄膜中Al原子含量的增加,Si C球與Si C-Al薄膜之間的摩擦系數(shù)先降低后增加,在Al原子含量為0.97%mat時,Si C-Al薄膜有最低摩擦系數(shù)為0.08;Si C-0.97%mat Al薄膜與SUS304和Al2O3球之間的摩擦系數(shù)在0.1左右,而其與SUJ2軸承鋼球之間有最低的摩擦系數(shù)(0.04-0.07)。通過多次重復實驗,確認了這兩種材料之間有很低的摩擦系數(shù);磨耗試驗中,在Al中間層的厚度超過0.2μm以上時,Si C-Al薄膜的疲勞壽命超過了34000循環(huán),薄膜幾乎被磨光,而在此過程中沒有出現(xiàn)剝離分層現(xiàn)象,這表明以Al作為Si C-0.97%mat Al與鈦合金基材的中間層材料能夠很好地改善它們間的界面結合強度。
[Abstract]:In this paper, Si C thin films with excellent properties have been deposited on Ti-6Al-4V substrate by using the self-developed ultra-high vacuum physical vapor deposition equipment. The Al transition layer has been creatively used as the intermediate layer between the thin film and the substrate. The problem of bonding strength between the two films is solved, and the friction properties of sic thin films are successfully solved by doping Al elements into the films. At the same time, both interlayer and doping materials are Al elements, which can simplify the deposition process and deposition equipment. The whole deposition process can be completed by dual-target magnetron sputtering equipment, which provides a reliable method to solve the wear problem of titanium and aluminum alloy. In this paper, based on the practical research experience and related technology, the fabrication of RF-MS PVD (RF magnetron sputtering physical deposition system) has been completed, which consists of a three-stage ultra-high vacuum system consisting of a rotary vane pump, a diffusion pump and a titanium pump. In 30 minutes, the vacuum chamber of 0.23 cubic meters can reach the vacuum degree above 1.33 脳 10 ~ (-6) Pa. In this study, amorphous Si C-Al thin films were deposited on titanium alloy substrate by sputtering Al target and sic target, and Al doping content was emphatically studied. When the friction pair is sic, the friction coefficient between Si C ball and Si C-Al film decreases firstly and then increases with the increase of Al content in the film. When the atomic content of Al is 0.97mat, the lowest friction coefficient of Si C-Al film is 0.08% Si C-0.97mat Al film and SUS304 and Al2O3 ball, but the lowest friction coefficient is 0.04-0.07% between SUJ2 bearing steel ball and Al film. Through repeated experiments, the friction coefficient between Si C-Al film and SUJ2 bearing steel ball is 0.04-0.070.The friction coefficient between Si C-Al film and SUJ2 bearing steel ball is 0.04-0.07. It is confirmed that there is a very low friction coefficient between the two materials, and in the wear test, the fatigue life of Si C-Al thin films exceeds 34000 cycles when the thickness of Al interlayer is more than 0.2 渭 m, and the films are almost polished. However, there is no delamination in the process, which indicates that Al as the interlayer material of Si C-0.97mat Al and Ti alloy substrate can improve the interfacial bonding strength between them.
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

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本文編號：1497957