本文采用物理氣相沉積方法,使用陰極電弧離子鍍技術(shù)研究、制備一種超硬納微米多層梯度涂層,即TiAlSiN超硬涂層,與AlTiN涂層進(jìn)行性能對比。通過能譜儀（EDAX）分析涂層的元素成分;成分掃描以后涂層的物相結(jié)構(gòu)可以通過X射線衍射（XRD）觀察得到;需要借助具有高分辨率性質(zhì)的透射電子顯微鏡（HRTEM）,并和掃描電子顯微鏡（SEM）共同使用,以此得到涂層表面和斷面形貌圖像;無損檢測儀測量涂層的厚度;納米壓痕機測量涂層的微觀硬度和彈性模量;洛氏硬度計測量涂層的膜基結(jié)合力;摩擦磨損試驗機表征涂層室溫下的摩擦磨損性能;并在KIA CENTER V25加工中心上進(jìn)行了切削實驗。主要結(jié)論如下:（1）新型納微米多層梯度涂層工藝制備方法創(chuàng)新,研究適用于產(chǎn)業(yè)化超硬涂層的制備工藝。為了增加涂層的層數(shù)采用的是交替弧源法,即讓4個靶材交替導(dǎo)通并控制導(dǎo)通時間。每沉積一層時,用氬離子進(jìn)行轟擊一次,適當(dāng)?shù)貙π鲁练e的涂層進(jìn)行粗化以利于后層涂層的附著。操作簡單,可批量生產(chǎn)。（2）實驗制備的AlTiN及TiAlSiN涂層厚度分別為2.604μm、2.798μm;掃描電子顯微鏡觀察到AlTiN及TiAlSiN涂層表面均比較... 

【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備示意圖

第4頁上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文地與氣體分子碰撞并把所具有的能量傳遞給氣體分子，從而自身變?yōu)榈湍芰Ｗ�。由于低能離子具有的能量較少，不會對工件造成劇烈的轟擊。同時，電子要經(jīng)過大約上百米的飛行才能到達(dá)陽極，碰撞頻率大約為107s-1[21]。圖1.2磁控濺射鍍膜原理示意圖Fig.1.2Schematicdiagramofmagnetronsputteringcoatingprinciple1-磁鐵；2-刻蝕區(qū)；3-靶材；4-磁力線；5-濺射靶電源；6-探針；7-基片；8-偏壓電源；e-電源；⊕-正離子；○M-濺射出來的物質(zhì)濺射鍍膜具有可以實現(xiàn)大面積快速沉積，幾乎所有金屬、介質(zhì)、化合物都可以用作靶材，鍍膜的密度高，附著性好等突出優(yōu)點，但也有其缺點，即設(shè)備比較復(fù)雜，較難以控制沉積參數(shù)；與蒸發(fā)鍍膜（沉積速率0.1～5μm）相比較，其沉積速率很低，約為0.01～0.5μm/min，且應(yīng)用不廣泛。1.2.3離子鍍膜離子鍍膜簡稱離子鍍是一種氣相沉積方法，其中氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)在真空環(huán)境下，離化的氣體具有高能量，物質(zhì)被蒸發(fā)產(chǎn)生的離子也具有高能量，它們共同轟擊基體的表面，從而在基體表面形成涂層[22]。沉積材料的來源有三種，分別是氣源和蒸發(fā)源以及濺射源，它們各有特點。其中蒸發(fā)源在汽化過程中時間短、類型多樣而且容易產(chǎn)生。離子鍍技術(shù)最早是由D.M.Mattox于1963年提出并付諸實施的，其采用的直流二極型離子鍍?nèi)鐖D1.3（a）所示。離子鍍膜把輝光放電、等離子體技術(shù)與真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)結(jié)合在一起，它既具有蒸發(fā)鍍膜的沉積速度快，又具有濺射鍍膜的沉積離子能量高（實際上比濺射粒子能量高的多）的特點，并且具有薄膜層與基體具有很強的結(jié)合力、廣泛的可鍍材料、好的繞射性等優(yōu)點[23]。它能夠涂覆單金屬、化合物、合金以及各種復(fù)合材料在金屬和陶瓷、塑料等非金屬上面，使表面獲得耐磨、抗腐蝕、?

愕撓捕群涂夠?Ю┥⒌哪芰Γ?坎愕畝嗖慊??是增強涂層硬度、結(jié)合力及耐磨性等性能的有效途徑之一，本課題通過合理的多元和多層設(shè)計的TiAlSiN多層梯度涂層相較于AlTiN而言，增加了Si元素，并增加了涂層的層數(shù)，符合涂層朝著合金元素多元化、層數(shù)多層化發(fā)展的方向，本章節(jié)制備了AlTiN及TiAlSiN多層梯度涂層，并對兩種涂層的性能進(jìn)行實驗研究，對比分析了實驗結(jié)果。2.2AlTiN及TiAlSiN涂層沉積設(shè)備及原理2.2.1AlTiN及TiAlSiN涂層沉積設(shè)備本實驗中使用的陰極電弧離子鍍設(shè)備是由意大利ICS公司生產(chǎn)的，其外形圖及真空爐腔結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，型號為ICS-04ARCPRO。從形狀結(jié)構(gòu)上看真空爐腔，是正八邊形，其爐腔內(nèi)部布局為：均勻布置四個加熱管，四個矩形靶材，間隔分布在八個矩形面上，由圖2.1（b）可知，為了在沉積涂層時防止靶材之間進(jìn)行相互污染，采取的有效措施是在真空室中加一個旋轉(zhuǎn)擋板。此裝置主要由四個系統(tǒng)組成，分別為加熱、水冷、真空和PLC控制系統(tǒng)，表2.1為該設(shè)備的系統(tǒng)集成組件，根據(jù)實驗室的試驗條件，其真空爐腔尺寸是Φ500×700mm，真空度為0.005~0.045mBar。用于裝夾涂層試樣的轉(zhuǎn)爐架采用行星輪結(jié)構(gòu)（如圖2.2），轉(zhuǎn)爐架轉(zhuǎn)速為0~6r/min，為了使沉積涂層均勻分布，該設(shè)備的既可以公轉(zhuǎn)也可以自轉(zhuǎn)。每條邊上的靶材尺寸都一樣，而且靶材的成分也是多樣的，合金靶和單一靶都可以，陰極電弧離子鍍設(shè)備的內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。（a）陰極電弧離子鍍設(shè)備（b）爐腔結(jié)構(gòu)圖2.1陰極電弧離子鍍設(shè)備及真空爐腔示意圖Fig.2.1Schematicdiagramofcathodearcionplatingequipmentandvacuumchamber表2.1陰極電弧離子鍍設(shè)備的主要組件Table2.1Themaincomponentsofcathodearcionplatingeqiupment

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多弧離子鍍制備氮化鉻基涂層及其摩擦學(xué)性能研究[J]. 陳彥軍,王順花,蒲吉斌,姜欣.  西北師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(03)
[2]CrAlN納米梯度涂層的切削性能研究[J]. 宋佳偉,王欣,李哲輝,范其香,羅忠紅,武文軒.  裝備制造技術(shù). 2019(12)
[3]硬質(zhì)合金刀具高能離子源增強多弧鍍AlCrTiSiN梯度涂層制備及性能研究[J]. 蔡飛,高營,蔡習(xí)軍,張林,張世宏,王啟民.  機械工程學(xué)報. 2019(19)
[4]多弧離子鍍TiAlSiN梯度涂層制備及切削性能[J]. 汪鵬,許昌慶,蔡飛,斯松華,張世宏,梁加剛.  中國表面工程. 2019(02)
[5]TiAlN/AlON納米多層涂層組織及性能研究[J]. 閻紅娟,劉峰斌,李喜朋,楊菲菲.  北京理工大學(xué)學(xué)報. 2018(12)
[6]陰極電弧離子鍍TiAlSiN涂層刀具切削性能研究[J]. 張而耕,何澄,陳強.  陶瓷學(xué)報. 2018(04)
[7]多層梯度結(jié)構(gòu)對TiAlSiN涂層摩擦磨損性能的影響[J]. 譚超,何衛(wèi)鋒,曹鑫,廖斌,何光宇,楊竹芳.  中國表面工程. 2018(03)
[8]TiAlN/VN納米多層膜的微結(jié)構(gòu)與力學(xué)和摩擦學(xué)性能[J]. 李淼磊,王恩青,岳建嶺,黃小忠.  無機材料學(xué)報. 2017(12)
[9]CrAlYN納米多層薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和抗高溫氧化性能研究[J]. 王宇星,樓白楊,巫少龍.  真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報. 2017(11)
[10]TiN/CrN多層薄膜的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能（英文）[J]. 靳巧玲,王海斗,李國祿,張建軍,劉金娜.  稀有金屬材料與工程. 2017(10)

博士論文
[1]γ-TiAl表面Al2O3/Al梯度熱防護(hù)涂層的制備及其性能研究[D]. 徐一.南京航空航天大學(xué) 2015
[2]氮化物/鉭多層膜的制備及性能研究[D]. 商宏飛.機械科學(xué)研究總院 2013
[3]ZrTiN梯度涂層刀具的制備及性能研究[D]. 顏培.山東大學(xué) 2012
[4]VC基納米多層膜的微結(jié)構(gòu)與超硬效應(yīng)[D]. 李冠群.上海交通大學(xué) 2011
[5]兩相納米結(jié)構(gòu)薄膜中的模板效應(yīng)與超硬效應(yīng)[D]. 孔明.上海交通大學(xué) 2009

碩士論文
[1]TiN基納米復(fù)合膜的微結(jié)構(gòu)、力學(xué)及摩擦磨損性能影響研究[D]. 劉爽.江蘇科技大學(xué) 2018
[2]納微米高硅涂層的制備及性能研究[D]. 陳強.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 2017
[3]物理氣相沉積TiAlN/TiN納米多層膜的應(yīng)用研究[D]. 張體波.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 2015
[4]多弧離子鍍制備Ti（C,N）及TiAlCN梯度多層硬質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)與性能研究[D]. 李金龍.安徽工業(yè)大學(xué) 2013
[5]nc-TiN/a-Si3N4納米復(fù)合薄膜的制備與性能研究[D]. 楊瑩澤.河南大學(xué) 2011
[6]電弧離子鍍AlTiN涂層及其熱處理性能研究[D]. 劉海浪.江西理工大學(xué) 2009
[7]微徑銑刀的力學(xué)特性及磨損機理研究[D]. 童利東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3060851