本文選題：CrB_2　切入點：硬質涂層　出處：《中北大學》2016年碩士論文

【摘要】：隨著現代制造業(yè)的飛速發(fā)展,難切削材料逐漸增多,如航空航天鈦合金、高硅鋁合金和碳纖維復合材料等,呈現出高強、高硬和高韌的特點,催生了硬切削、干切削和微潤滑切削等惡劣的切削環(huán)境,傳統的刀具涂層由于其高溫穩(wěn)定性差、硬度低等缺點已經難以滿足要求。二硼化鉻(CrB_2)涂層具有高熔點、高硬度、高耐磨性和耐蝕性,再加上其良好的化學惰性以及不易于與金屬發(fā)生粘結的特點,作為硬質防護涂層有望能夠滿足這些特殊切屑加工要求。本論文主要基于國內外對CrB_2涂層的研究進展和硬質涂層發(fā)展趨勢,重點圍繞復合PVD技術沉積CrB_2涂層的制備、結構和性能開展了研究,有關研究結果具有重要科學意義和應用價值。本文首先采用高功率脈沖磁控濺射沉積技術(HiPIMS)沉積CrB_2涂層,對涂層的成分組成、物相結構和力學性能進行了表征,重點研究了不同測試環(huán)境(干摩擦、蒸餾水和海水環(huán)境)下涂層的摩擦磨損行為。結果表明:CrB_2涂層呈現(101)擇優(yōu)取向,物相結構組成主要為CrB_2和少量Cr,涂層中B/Cr的原子比為1.76,硬度和彈性模量分別為26.9±1.0 Gpa和306.7±6.0 GPa。涂層在干摩擦、蒸餾水和海水環(huán)境中的摩擦系數分別為0.75、0.26和0.22,涂層在蒸餾水和海水環(huán)境中摩擦時,由于蒸餾水和海水的邊界潤滑作用,摩擦因數均明顯降低,干摩擦和在蒸餾水環(huán)境下的摩擦磨損機制是磨粒磨損,而在海水環(huán)境下摩擦時,是腐蝕磨損和磨粒磨損的協同作用。其次,作為與HiPIMS技術的對比,采用直流磁控濺射技術,通過調節(jié)靶基距,獲得了接近CrB_2化學計量比的涂層,隨沉積溫度變化,B/Cr原子比在1.9~2.0之間,XPS結果表明涂層仍主要由CrB_2和少量的Cr組成,涂層粗糙度較小,Rq在1.11~1.95 nm之間;隨著沉積溫度的升高,基體表面吸附原子擴散能力增強,涂層結晶性逐漸升高,晶體結構由(101)和(001)的混合取向轉變?yōu)?001)擇優(yōu)取向;涂層截面形貌由疏松多孔的纖維狀結構,轉變?yōu)榇执蟮闹鶢罱Y構(直徑約50 nm),最后轉變?yōu)榱酥旅艿募{米柱狀結構(直徑約4~7 nm)。隨沉積溫度的升高,涂層的力學性能明顯提高,沉積溫度大于300℃時,可獲得硬度大于40 GPa的超硬CrB_2涂層,當沉積溫度為400℃時,涂層的硬度高達50.7±2 Gpa。微觀結構和力學性能隨沉積溫度的演變歸因于沉積原子擴散運動逐漸增強產生的(001)擇優(yōu)取向和組織結構的致密化。最后,本文還研究了(101)和(001)擇優(yōu)取向的CrB_2涂層的熱穩(wěn)定性能,并測試了硬質合金基體和不同沉積溫度下CrB_2涂層在3.5 wt.%NaCl溶液中的基本電化學性質。研究表明:(101)擇優(yōu)取向的CrB_2涂層在1000℃時生成了新相,而(001)擇優(yōu)取向的CrB_2涂層在1000℃及以下未發(fā)生明顯相的分解和轉變,呈現出更高的高溫穩(wěn)定性,這歸因于(101)擇優(yōu)取向的CrB_2涂層更高的表面能和晶格畸變能而具有較小的相變激活能;雖然CrB_2涂層的腐蝕電位高于硬質合金,但腐蝕電流密度降低了近2個數量級,說明在含Cl-1的腐蝕介質中,CrB_2涂層可有效的防護硬質合金。
[Abstract]:In this paper , the properties of Cr B _ 2 coatings with high melting point , high hardness , high wear resistance and corrosion resistance have been studied . The results show that the coating has high melting point , high hardness , high wear resistance and corrosion resistance . The results show that the coating has high melting point , high hardness , high wear resistance and corrosion resistance . The thermal stability of CrB _ 2 coatings with a hardness greater than 40 GPa was obtained when the deposition temperature was 400 鈩，

本文編號：1676602