【摘要】：本文采用閉式非平衡磁控濺射系統(tǒng)在單晶Si(100)片和316L不銹鋼片上制備了Cr(B)CN薄膜和Cr(Ti)(B)N薄膜,采用X射線衍射儀和X射線光電子能譜儀分別對薄膜晶體相結(jié)構(gòu)和其表面原子化學鍵狀態(tài)進行分析,采用掃描電子顯微鏡對薄膜表面和截面形貌進行觀察。薄膜的硬度和彈性模量通過金剛石納米壓痕儀進行測試,而薄膜與基體的附著力通過聲發(fā)射劃痕儀進行測試。薄膜在水環(huán)境下的摩擦學性能通過球—盤式摩擦磨損試驗機進行分析,摩擦試驗結(jié)束后,通過金相顯微鏡和非接觸式3D光學形貌儀對薄膜磨痕進行分析;為了進一步分析薄膜的摩擦磨損機理,使用掃描電子顯微鏡和能譜儀對薄膜磨痕進行分析。薄膜在海水環(huán)境中的電化學性能通過標準三電極系統(tǒng)的電化學工作站進行測試,測試內(nèi)容主要包括開路電壓、交流阻抗譜和動電位極化曲線測試。1)通過改變CrB_2靶濺射電流(0-4A)制備了不同B含量(0.0 at%-27.2 at%)的CrBCN薄膜,通過結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)B元素在薄膜中主要以軟質(zhì)相非晶BN存在;當CrB_2靶電流從0A增加至3A時,Cr(B)CN薄膜硬度均在18GPa附近波動,但是薄膜的彈性模量減小至231±4.89GPa,繼續(xù)增加CrB_2靶電流至4A,薄膜的硬度和彈性模量均減小;對Cr(B)CN薄膜在自來水環(huán)境下與SiC小球?qū)δサ哪Σ翆W性能進行測試,發(fā)現(xiàn)CrBCN-3薄膜在自來水環(huán)境下表現(xiàn)出最為優(yōu)異的摩擦學性能,這主要是因為CrBCN-3薄膜具有優(yōu)異的力學性能,且在摩擦過程中在對磨副界面生成起到潤滑作用的膠狀Si(OH)_4和具有層狀結(jié)構(gòu)的H_3BO_3;2)采用閉式非平衡磁控濺射系統(tǒng)制備了CrN、CrTiN和CrTiBN薄膜,CrN薄膜主要由CrN晶粒組成,而Ti和B元素在CrTiN和CrTiBN薄膜內(nèi)主要形成TiN_(0.3)晶粒和非晶BN相。當三種薄膜分別與SiC和Si_3N_4小球在去離子水環(huán)境中進行對磨時,CrTiN薄膜均表現(xiàn)出相對優(yōu)異的摩擦學特性,這主要是因為CrTiN薄膜具有優(yōu)異的機械性能和較高的附著力;當CrN、CrTiN和CrTiBN薄膜和Al_2O_3小球在去離子水環(huán)境中進行對磨時,CrN薄膜摩擦學性能最好;當CrN、CrTiN和CrTiBN薄膜與SUS440C小球在去離子水環(huán)境中進行對磨時,由于SUS440C小球硬度低以及CrTiBN在水潤滑過程中可以生成有利于改善潤滑條件的H_3BO_3,故CrTiBN薄膜表現(xiàn)出最優(yōu)的摩擦學性能。3)采用標準三電極系統(tǒng)對Cr(B)CN和Cr(Ti)(B)N薄膜在海水中的電化學性能進行測試,發(fā)現(xiàn)CrBCN薄膜的耐蝕性隨著CrB_2靶濺射電流的增加而增加,這主要因為隨著CrB_2靶濺射電流的增加,CrBCN薄膜致密度增加,孔隙裂縫等缺陷減少,可有效阻礙腐蝕性介質(zhì)滲入到基材與薄膜接觸界面,提高材料耐蝕性;對CrN、CrTiN和CrTiBN薄膜在海水環(huán)境下的電化學性能進行分析,CrTiBN薄膜具有最低的極化電流密度和最高的極化阻抗、薄膜孔洞電阻和電荷交換電阻,表明CrTiBN薄膜在三種薄膜中具有最優(yōu)異的耐蝕性。4)當Cr(B)CN薄膜與SiC球在海水環(huán)境下進行對磨時,CrBCN-1薄膜和CrBCN-3薄膜表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)和磨損率,而CrBCN薄膜的低摩擦系數(shù)和磨損率與在對磨副界面生成的起到潤滑作用的膠狀Si(OH)_4和具有層狀結(jié)構(gòu)的H_3BO_3有關(guān);當CrBCN-3薄膜在海水環(huán)境中與SiC小球分別在不同載荷和不同速度下進行摩擦試驗時,由于CrBCN-3薄膜與基材的附著力較低,故CrBCN-3薄膜在高載荷時易出現(xiàn)剝落,摩擦學性能較差,而滑動速度的增加有利于在對磨副界面形成潤滑水膜,故CrBCN-3薄膜的摩擦學性能隨滑動速度的增加而增加;當CrBCN-3薄膜與SiC、Si_3N_4、Al_2O_3和SUS440C四種小球在海水環(huán)境下進行對磨時,發(fā)現(xiàn)CrBCN-3/SiC對磨副表現(xiàn)出最優(yōu)的摩擦學特性。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2

【參考文獻】

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本文編號：2314494