Cr12MoV鋼表面電弧離子鍍TiCN膜及復(fù)合處理技術(shù)研究
發(fā)布時間：2022-01-27 05:20
汽車零部件主要依靠沖壓模具成型,而沖壓模具往往于表面最先失效,模具表面性能的優(yōu)劣直接影響到模具的使用及壽命。PVD鍍膜技術(shù)是提高沖壓模具表面硬度與耐磨性的一種經(jīng)濟、有效的方法。為滿足我國沖壓模具產(chǎn)業(yè)高強度、高質(zhì)量和大批量生產(chǎn)等方面的發(fā)展需求,延長沖壓模具的使用壽命,需確保硬質(zhì)薄膜具備更高的硬度與耐磨性,薄膜與基體之間具有良好的結(jié)合強度。本文采用電弧離子鍍技術(shù)制備了系列TiCN薄膜和Ti/TiCN多層膜,同時通過等離子滲氮與電弧離子鍍復(fù)合處理技術(shù)在模具鋼上制備復(fù)合薄膜,重點研究了偏壓、調(diào)制周期等鍍膜工藝參數(shù)和滲氮預(yù)處理技術(shù)對TiCN薄膜和Ti/TiCN多層膜組織結(jié)構(gòu)和機械性能的影響。主要結(jié)果如下:通過電弧離子鍍技術(shù)制備TiCN單層膜,采用正交實驗,初步探索偏壓、氣體總量和氣體流量比值對TiCN薄膜顯微組織和機械性能的影響規(guī)律,實驗結(jié)果表明:偏壓對TiCN薄膜的硬度與結(jié)合力的影響最顯著,氣體總量對薄膜厚度影響最大。正交實驗的最佳工藝方案是氣體總量:300 sccm,氣體比值:Q（CH4）:Q（N2）=2:1,偏壓:-200 V。對偏壓參數(shù)進行優(yōu)化...
【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：94 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
陰極電弧產(chǎn)物示意圖
圖 1-2 TiCN 晶體的結(jié)構(gòu)模型[29]Fig. 1-2 Structural models of TiCN crystal[29]將 TiCN 與 TiC 二元薄膜對比可發(fā)現(xiàn)，TiC 的特點是硬度高，薄膜脆性大，附著結(jié)合性能差，故 TiC 薄膜綜合性能不適用于沖壓模的表面。而 TiCN 與 TiN 相比，優(yōu)點在于具有極好的摩擦行為和高熱導(dǎo)率。研究表明，TiCN 薄膜中 C 的加入不僅提高了薄膜的硬度和模量，而且起到了潤滑的作用，降低摩擦系數(shù)，提高其摩擦磨損性能，如在SaoulaN 等人的研究中，TiCN 薄膜的摩擦系數(shù)可低達 0.13[30-32]。因此，TiCN 是理想的硬質(zhì)耐磨材料，其作為防護薄膜已被廣泛應(yīng)用于刀具、模具以及耐磨零件上。TiCN 薄膜的制備方法主要包括化學(xué)氣相沉積法和物理氣相沉積法。為滿足本實驗鋼樣對沉積溫度的要求，采用 PVD 法制備薄膜，其工作溫度一般可控制在 500℃以下。PVD 法制備 TiCN 薄膜的 C 源大多采用甲烷或乙炔，有學(xué)者指出[33]，甲烷氣體化學(xué)性能更穩(wěn)定能使工藝過程得到較好的控制，這一點適于工業(yè)應(yīng)用。但達不到較高活性的甲烷，
今薄膜的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。規(guī)定調(diào)制周期是在沉積方向上重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的厚度，調(diào)制比是一個調(diào)制周期中不同調(diào)制層之間的厚度比。而納米多層膜是指調(diào)制周期小于100nm的多層膜。圖1-3為多層膜的截面形貌圖，可見多層膜相對于單層膜會多出許多界面。研究表明，這種多層的結(jié)構(gòu)可以阻礙裂紋的擴展，所以膜層的韌性較單層膜更高，更重要的是當(dāng)調(diào)制周期為納米量級時，薄膜在力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等方面的性能會出現(xiàn)尤為異常的表現(xiàn)[37-43]。如Yang等發(fā)現(xiàn)，小周期會出現(xiàn)硬度異�，F(xiàn)象；大量研究表明，調(diào)制周期在2~60 nm范圍時，薄膜會有不用程度的超硬效應(yīng)，當(dāng)然，由于殘余應(yīng)力和熱穩(wěn)定性等原因，薄膜的綜合性能仍無法實現(xiàn)應(yīng)用價值，但這些已足以讓學(xué)者們重視，目前該領(lǐng)域吸引了大量的關(guān)注與研究，已經(jīng)摸索出了許多改善方法[44-47]。圖 1-3 多層膜的截面形貌[48]Fig.1-3 Cross section morphology of multilayer films[48]復(fù)合化是指多種表面技術(shù)復(fù)合沉積膜層
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cr12MoV鋼粉末TD滲釩層的顯微結(jié)構(gòu)及性能[J]. 吳嘯天,薛屺,張進,孫才沅,章林. 金屬熱處理. 2018(02)
[2]國內(nèi)外冷作模具鋼發(fā)展概述[J]. 邱凌,吳曉春. 模具制造. 2017(11)
[3]Cr基及其化合物過渡層對TiCN涂層性能的影響[J]. 李方正,王昆侖,趙繼鳳,鄭小燕,辛艷青,楊田林. 中國表面工程. 2017(02)
[4]離子源循環(huán)轟擊對磁控濺射TiN薄膜結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響[J]. 邵濤,孫德恩,梁斐珂,黃佳木. 中國表面工程. 2017(01)
[5]復(fù)合離子鍍TiCN薄膜的結(jié)構(gòu)與耐蝕性[J]. 任鑫,趙瑞山,黃美東,孔令梅,玄茲航. 材料保護. 2016(08)
[6]切削刀具表面TiCN涂層的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 覃正海,鮮廣,趙海波,鄭永強,范洪遠,王均. 表面技術(shù). 2016(06)
[7]壓入法測涂層結(jié)合強度的研究進展[J]. 王晶晨,王海軍,董天順,劉明,楊振凱. 材料導(dǎo)報. 2015(23)
[8]碳含量對TiCN涂層的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響[J]. 李銀成,閆少健,韓濱,王微,付德君. 武漢大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版). 2015(05)
[9]Cr12模具鋼熱處理工藝及耐磨性能[J]. 孫夢龍,謝春生. 材料熱處理學(xué)報. 2015(05)
[10]調(diào)制周期對TiN/Ti多層膜組織結(jié)構(gòu)和結(jié)合力的影響[J]. 肖娜,杜菲菲,楊波. 中國表面工程. 2015(02)
博士論文
[1]類金剛石（DLC）多層薄膜殘余應(yīng)力調(diào)控及其機械性能研究[D]. 徐照英.西南交通大學(xué) 2013
碩士論文
[1]硬質(zhì)合金上先進PVD技術(shù)沉積TiN基硬質(zhì)膜及其性能研究[D]. 李雪萍.華南理工大學(xué) 2016
[2]CoCrMo合金離子滲氮復(fù)合類金剛石膜表面改性技術(shù)研究[D]. 譚笛.中南大學(xué) 2014
[3]冷作模具鋼表面TD法鹽浴滲釩工藝及應(yīng)用研究[D]. 孔向陽.東華大學(xué) 2011
[4]電弧離子鍍過程中脈沖偏壓對TiCN薄膜的影響[D]. 張凇銘.長春理工大學(xué) 2010
[5]汽車覆蓋件沖壓模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的研究[D]. 楊大宇.哈爾濱理工大學(xué) 2007
本文編號：3611846
【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省211工程院校985工程院校教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：94 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
陰極電弧產(chǎn)物示意圖
圖 1-2 TiCN 晶體的結(jié)構(gòu)模型[29]Fig. 1-2 Structural models of TiCN crystal[29]將 TiCN 與 TiC 二元薄膜對比可發(fā)現(xiàn)，TiC 的特點是硬度高，薄膜脆性大，附著結(jié)合性能差，故 TiC 薄膜綜合性能不適用于沖壓模的表面。而 TiCN 與 TiN 相比，優(yōu)點在于具有極好的摩擦行為和高熱導(dǎo)率。研究表明，TiCN 薄膜中 C 的加入不僅提高了薄膜的硬度和模量，而且起到了潤滑的作用，降低摩擦系數(shù)，提高其摩擦磨損性能，如在SaoulaN 等人的研究中，TiCN 薄膜的摩擦系數(shù)可低達 0.13[30-32]。因此，TiCN 是理想的硬質(zhì)耐磨材料，其作為防護薄膜已被廣泛應(yīng)用于刀具、模具以及耐磨零件上。TiCN 薄膜的制備方法主要包括化學(xué)氣相沉積法和物理氣相沉積法。為滿足本實驗鋼樣對沉積溫度的要求，采用 PVD 法制備薄膜，其工作溫度一般可控制在 500℃以下。PVD 法制備 TiCN 薄膜的 C 源大多采用甲烷或乙炔，有學(xué)者指出[33]，甲烷氣體化學(xué)性能更穩(wěn)定能使工藝過程得到較好的控制，這一點適于工業(yè)應(yīng)用。但達不到較高活性的甲烷，
今薄膜的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。規(guī)定調(diào)制周期是在沉積方向上重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的厚度，調(diào)制比是一個調(diào)制周期中不同調(diào)制層之間的厚度比。而納米多層膜是指調(diào)制周期小于100nm的多層膜。圖1-3為多層膜的截面形貌圖，可見多層膜相對于單層膜會多出許多界面。研究表明，這種多層的結(jié)構(gòu)可以阻礙裂紋的擴展，所以膜層的韌性較單層膜更高，更重要的是當(dāng)調(diào)制周期為納米量級時，薄膜在力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等方面的性能會出現(xiàn)尤為異常的表現(xiàn)[37-43]。如Yang等發(fā)現(xiàn)，小周期會出現(xiàn)硬度異�，F(xiàn)象；大量研究表明，調(diào)制周期在2~60 nm范圍時，薄膜會有不用程度的超硬效應(yīng)，當(dāng)然，由于殘余應(yīng)力和熱穩(wěn)定性等原因，薄膜的綜合性能仍無法實現(xiàn)應(yīng)用價值，但這些已足以讓學(xué)者們重視，目前該領(lǐng)域吸引了大量的關(guān)注與研究，已經(jīng)摸索出了許多改善方法[44-47]。圖 1-3 多層膜的截面形貌[48]Fig.1-3 Cross section morphology of multilayer films[48]復(fù)合化是指多種表面技術(shù)復(fù)合沉積膜層
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Cr12MoV鋼粉末TD滲釩層的顯微結(jié)構(gòu)及性能[J]. 吳嘯天,薛屺,張進,孫才沅,章林. 金屬熱處理. 2018(02)
[2]國內(nèi)外冷作模具鋼發(fā)展概述[J]. 邱凌,吳曉春. 模具制造. 2017(11)
[3]Cr基及其化合物過渡層對TiCN涂層性能的影響[J]. 李方正,王昆侖,趙繼鳳,鄭小燕,辛艷青,楊田林. 中國表面工程. 2017(02)
[4]離子源循環(huán)轟擊對磁控濺射TiN薄膜結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響[J]. 邵濤,孫德恩,梁斐珂,黃佳木. 中國表面工程. 2017(01)
[5]復(fù)合離子鍍TiCN薄膜的結(jié)構(gòu)與耐蝕性[J]. 任鑫,趙瑞山,黃美東,孔令梅,玄茲航. 材料保護. 2016(08)
[6]切削刀具表面TiCN涂層的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 覃正海,鮮廣,趙海波,鄭永強,范洪遠,王均. 表面技術(shù). 2016(06)
[7]壓入法測涂層結(jié)合強度的研究進展[J]. 王晶晨,王海軍,董天順,劉明,楊振凱. 材料導(dǎo)報. 2015(23)
[8]碳含量對TiCN涂層的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響[J]. 李銀成,閆少健,韓濱,王微,付德君. 武漢大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版). 2015(05)
[9]Cr12模具鋼熱處理工藝及耐磨性能[J]. 孫夢龍,謝春生. 材料熱處理學(xué)報. 2015(05)
[10]調(diào)制周期對TiN/Ti多層膜組織結(jié)構(gòu)和結(jié)合力的影響[J]. 肖娜,杜菲菲,楊波. 中國表面工程. 2015(02)
博士論文
[1]類金剛石（DLC）多層薄膜殘余應(yīng)力調(diào)控及其機械性能研究[D]. 徐照英.西南交通大學(xué) 2013
碩士論文
[1]硬質(zhì)合金上先進PVD技術(shù)沉積TiN基硬質(zhì)膜及其性能研究[D]. 李雪萍.華南理工大學(xué) 2016
[2]CoCrMo合金離子滲氮復(fù)合類金剛石膜表面改性技術(shù)研究[D]. 譚笛.中南大學(xué) 2014
[3]冷作模具鋼表面TD法鹽浴滲釩工藝及應(yīng)用研究[D]. 孔向陽.東華大學(xué) 2011
[4]電弧離子鍍過程中脈沖偏壓對TiCN薄膜的影響[D]. 張凇銘.長春理工大學(xué) 2010
[5]汽車覆蓋件沖壓模具CAD/CAE/CAM技術(shù)的研究[D]. 楊大宇.哈爾濱理工大學(xué) 2007
本文編號：3611846
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