本文關(guān)鍵詞：鎂合金表面磁控濺射離子鍍碳膜工藝及性能研究

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【摘要】：Mg-Gd-Y-Zr系列稀土鎂合金由于其優(yōu)良的高溫強度以及抗蠕變性能,得到了廣泛的研究與應(yīng)用。然而其較差的耐腐蝕和耐磨損性能極大地限制了發(fā)展,表面改性是改善稀土鎂合金耐蝕耐磨性能最有效的方式之一。本文采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù),在GW83鎂合金表面制備碳膜來達到提高其耐蝕耐磨性能的目的。同時,對磁控濺射離子鍍沉積碳膜的工藝進行了系統(tǒng)研究,主要分析了清理偏壓、基體負(fù)偏壓、靶電流、不同過渡層對碳膜的表面形貌、硬度及彈性模量、膜基結(jié)合強度、耐蝕性、耐磨性等的影響,并獲得了最佳制備工藝。實驗結(jié)果表明,鍍膜前施加合適的清理偏壓可以有效清理基體表面,從而減少薄膜缺陷,提高薄膜致密度。在鍍膜過程中給基體施加負(fù)偏壓,能增強離子對薄膜的轟擊作用,使得薄膜致密度及與基體的結(jié)合強度提高,從而其耐蝕性得到提高;但過大的基體偏壓會造成對基體過高的能量轟擊,不利于薄膜致密度及耐蝕性的提高。合適的靶電流可以對薄膜形成適當(dāng)?shù)恼x子轟擊,且能保持合適的沉積速率,從而形成孔隙率低并與基體結(jié)合良好的膜層。本文中基體偏壓為-40 V靶電流為3.5 A下制備的C/Al薄膜綜合性能最佳,硬度及彈性模量分別為880.9 HV和68.8 GPa,在3.5 wt%NaCl溶液中的腐蝕電位為-1624mV,腐蝕電流密度為198μA cm-2。2 N,1800 s磨損環(huán)境下磨痕寬度為0.93 mm。相比于C/Al、C/Ti膜層,C/Cr膜層具有更高的硬度及耐磨性能,這是由于高硬度的Cr作為金屬過渡層時可以有效提高基體承載能力。C/Al膜層具有更高的膜基結(jié)合強度及耐腐蝕性能,這是由于Al的物理性能(如硬度、彈性模量)與Mg最接近,Al易于沉積在鎂合金上,同時Al與Mg電極電位接近,減小了電偶腐蝕的影響。將磁控濺射與化學(xué)鍍相結(jié)合,制備了致密均勻,表面孔隙率極低的Ni+C復(fù)合膜層,其表面碳層為典型的類石墨結(jié)構(gòu)。在復(fù)合膜層中,表面碳層與Ni層結(jié)合良好,在3.5 wt%NaCl溶液中的腐蝕電位由GW83鎂合金的-1673 mV正移到-1372 mV,腐蝕電流密度由90μA cm-2降至11μA cm-2,顯著提高了基體的耐腐蝕性能。此外Ni+C復(fù)合膜層在磨損測試時延長了基體鎂合金的磨損壽命。這是由于較厚的Ni中間層的加入,不僅提高了膜層致密度,降低了孔隙率;而且起到了過渡各層硬度的作用,降低了膜層內(nèi)應(yīng)力,提高了膜層的承載能力,從而提高了復(fù)合膜層的耐蝕耐磨性能。
【關(guān)鍵詞】：鎂合金 磁控濺射離子鍍 碳膜 耐蝕性 耐磨性
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 稀土鎂合金10-12
• 1.1.1 稀土對鎂合金的作用10-11
• 1.1.2 稀土鎂合金的系列11-12
• 1.1.3 稀土鎂合金的應(yīng)用12
• 1.2 鎂合金表面改性12-13
• 1.2.1 陽極氧化12
• 1.2.2 金屬鍍層12-13
• 1.2.3 熱擴滲13
• 1.2.4 離子注入13
• 1.2.5 物理氣相沉積13
• 1.3 磁控濺射技術(shù)13-17
• 1.3.1 磁控濺射原理14
• 1.3.2 磁控濺射發(fā)展14-16
• 1.3.3 閉合場非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)16-17
• 1.4 磁控濺射在鎂合金中的應(yīng)用17-18
• 1.5 本文研究的內(nèi)容及意義18-19
• 第二章 實驗內(nèi)容及方法19-27
• 2.1 基體材料及前處理19
• 2.2 鍍層制備19-20
• 2.3 鍍層性能測試方法20-27
• 2.3.1 表面形貌觀察20-21
• 2.3.2 拉曼光譜21
• 2.3.3 硬度及彈性模量測試21
• 2.3.4 劃痕測試21-23
• 2.3.5 電化學(xué)測試23-25
• 2.3.6 摩擦磨損測試25-27
• 第三章 鍍膜工藝對碳膜性能的影響27-51
• 3.1 清理偏壓對碳膜性能的影響27-30
• 3.1.1 表面形貌27-28
• 3.1.2 橫截面形貌28-29
• 3.1.3 膜基結(jié)合力29
• 3.1.4 硬度及彈性模量29-30
• 3.2 鍍膜偏壓對碳膜性能的影響30-40
• 3.2.1 表面形貌31-32
• 3.2.2 膜基結(jié)合力32-33
• 3.2.3 硬度及彈性模量33
• 3.2.4 耐腐蝕性能33-37
• 3.2.5 耐磨損性能37-40
• 3.3 靶電流對碳膜性能的影響40-49
• 3.3.1 表面形貌40-41
• 3.3.2 膜基結(jié)合力41-42
• 3.3.3 硬度及彈性模量42-43
• 3.3.4 耐腐蝕性能43-46
• 3.3.5 耐磨損性能46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第四章 Al、Cr、Ti不同金屬過渡層對碳膜性能的影響51-67
• 4.1 清理偏壓對C/Cr、C/Ti薄膜性能的影響51-57
• 4.1.1 表面形貌51-53
• 4.1.2 膜基結(jié)合力53-55
• 4.1.3 硬度及彈性模量55-57
• 4.2 不同過渡層對碳膜性能的影響57-65
• 4.2.1 表面形貌57-58
• 4.2.2 硬度及彈性模量58-59
• 4.2.3 膜基結(jié)合力59-60
• 4.2.4 耐腐蝕性能60-62
• 4.2.5 耐磨損性能62-65
• 4.3 本章小結(jié)65-67
• 第五章 Ni+C復(fù)合膜層在工程上的應(yīng)用67-80
• 5.1 Ni+C復(fù)合膜層的制備67-68
• 5.1.1 化學(xué)鍍Ni67-68
• 5.1.2 磁控濺射68
• 5.2 形貌及性能分析68-78
• 5.2.1 表面形貌68-69
• 5.2.2 橫截面及線掃描69-70
• 5.2.3 硬度及彈性模量70-71
• 5.2.4 膜基結(jié)合力71-72
• 5.2.5 耐腐蝕性能72-75
• 5.2.6 耐磨損性能75-78
• 5.3 本章小結(jié)78-80
• 第六章 結(jié)論80-82
• 參考文獻82-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文87-88
• 致謝88-90

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