【摘要】：類金剛石涂層是一種亞穩(wěn)態(tài)的非晶碳膜,其主要是由不同含量的sp~3、sp~2鍵組成。因為其具有硬度高、耐磨性好、彈性模量高以及摩擦系數(shù)低等與金剛石類似的性能,從而很多場合代替金剛石使用,可以用來降低生產(chǎn)成本。類金剛石涂層根據(jù)sp~2和sp~3含量不同可以分為Ta-C涂層(無氫類金剛石涂層)和氫化類金剛石涂層,Ta-C涂層的sp~3鍵(80%~90%)高于氫化類金剛石涂層,其主要成分為四面體碳(Tetrahedral Carbon)。本文以YG10C硬質(zhì)合金為基體材料,Ti為打底層,改變Ta-C涂層制備過程中氬離子刻蝕時間、石墨靶濺射時間研究其對涂層硬度、厚度、結(jié)合強度、摩擦性能的影響,并通過研究選取較優(yōu)的氬離子刻蝕時間和石墨靶濺射時間工藝參數(shù)制備Ta-C涂層刀具進行現(xiàn)場切削運用,與目前運用較廣泛的氫化類金剛石涂層刀具進行對比切削,驗證本研究中工藝參數(shù)的優(yōu)劣。主要研究工作概括如下:1.硬質(zhì)合金基體表面Ta-C涂層的制備及性能表征研究。以99.9%純度Ti靶和99.9%純度石墨靶為原材料,在氬氣環(huán)繞的低溫爐腔內(nèi)運用離子濺射技術(shù)在硬質(zhì)合金表面制備了不同工藝參數(shù)的Ta-C涂層。采用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡、球磨儀厚度測量儀、維氏硬度計、拉曼光譜儀以及壓痕儀器對Ta-C涂層的表面形貌、厚度、硬度以及結(jié)合強度進行了表征。實驗結(jié)果表明:經(jīng)上述儀器測試氬離子刻蝕30min、石墨濺射時間55min時制備的Ta-C涂層綜合性能較優(yōu),維氏硬度可以達到8870HV,通過壓痕實驗測得其在硬質(zhì)合金基體上的附著強度達到HF1。該研究內(nèi)容為Ta-C涂層的進一步應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)。2.Ta-C涂層的在干摩擦條件下的性能研究。在硬質(zhì)合金基體表面制備的Ta-C涂層與氧化鋯陶瓷珠對磨材料采用UMT-3往復(fù)運動摩擦試驗機研究干摩擦條件下Ta-C涂層的摩擦學(xué)性能,并采用拉曼光譜儀對Ta-C涂層以及經(jīng)過摩擦磨損實驗之后的氧化鋯對磨副表面進行測試。實驗結(jié)果表明:石墨靶濺射55min時制備的Ta-C涂層摩擦系數(shù)較低達到0.13,對磨副表面形成了石墨轉(zhuǎn)移膜,對Ta-C涂層起到了潤滑作用。3.Ta-C涂層的應(yīng)用研究。首先對比在氬離子刻蝕30min下,石墨靶不同濺射時間制備得到的Ta-C涂層的切削運用,然后將石墨靶濺射時間制備得到的切削性能較優(yōu)的Ta-C涂層刀具與氫化類金剛石涂層刀具進行干式切削效果對比。以2A50鋁合金作為切削實驗材料,切削實驗以VMC-1000ΙΙ機床為載體。結(jié)果表明:石墨靶濺射時間為55min時制備的Ta-C涂層切削運用效果較好,工件平均粗糙度達到0.692μm。與氫化類金剛石涂層刀具對比,Ta-C涂層銑刀較氫化類金剛石涂層刀具使用壽命提高2倍以上。
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4
【圖文】：

圖 1.1 類金剛石的三元相圖Fig1.1 Ternary phase diagrams of diamond-like carbon石涂層的制備方法和機理石涂層具有和金剛石性能許多相似之處，如高硬度、高彈性模量、抗熱震性等特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。對類金剛石涂層制備技術(shù)

圖 1.2 離子束沉積裝置示意圖Fig1.2 Schematic diagram of ion beam deposition device法（如圖 1.3 所示）：放電使碳電離產(chǎn)生高純碳等離離化率高、離子純度高、能產(chǎn)生幾乎所有金屬的等以沉積獲得平滑致密并且與基體結(jié)合良好的涂層，

濺射沉積法示意圖

【參考文獻】

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本文編號：2802251