本文關(guān)鍵詞：磁場(chǎng)增強(qiáng)多弧離子鍍CrAlN薄膜制備工藝及組織性能研究

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【摘要】：Cr Al N薄膜具有優(yōu)異的耐磨損性能和抗高溫氧化能力,而且膜層硬度較高,被廣泛應(yīng)用在高速切削及其他工業(yè)領(lǐng)域中。Cr N/Al Cr N納米多層薄膜在一定程度上兼顧了Cr N薄膜和Al Cr N薄膜的優(yōu)點(diǎn),并且由于膜層的納米尺度效應(yīng)和結(jié)構(gòu)調(diào)制,使膜層性能進(jìn)一步得到改善。本文通過(guò)磁場(chǎng)增強(qiáng)多弧離子鍍技術(shù)在M2高速鋼和304不銹鋼上制備了Cr Al N薄膜,通過(guò)改變外加磁場(chǎng)強(qiáng)度、氮?dú)鈮�、基體偏壓、轉(zhuǎn)速、Al Cr靶材電流以及Cr靶材電流等試驗(yàn)參數(shù)分別研究氬氣和氮?dú)鈼l件下等離子體的放電特性。并研究了不同參數(shù)下膜層組織形貌、相結(jié)構(gòu)的變化及機(jī)理以及工藝參數(shù)的改變對(duì)膜層結(jié)合強(qiáng)度、摩擦磨損性能、硬度和耐腐蝕性能的影響。工藝參數(shù)的改變對(duì)放電特性影響很大,線圈電流增加、偏壓增大以及靶材電流提高均能夠提高基體電流,但是基體電流隨著氣壓的升高降低。通過(guò)外加磁場(chǎng)的引入,改變了靶材表面弧斑形態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式,外加磁場(chǎng)的引入使得Cr N/Al Cr N納米多層薄膜表面大顆粒相對(duì)于沒(méi)有外加磁場(chǎng)的情況下得到很大改善。同時(shí)外加磁場(chǎng)的存在提高了氣體的離化。制備的膜層主要是Na Cl類(lèi)型的面心立方結(jié)構(gòu),膜層表現(xiàn)(111)面和(311)面擇優(yōu)生長(zhǎng)。工藝參數(shù)的改變對(duì)膜層生長(zhǎng)形態(tài)影響很大,線圈電流、氮?dú)鈮汉突w偏壓的增加能夠顯著提高膜層的致密性,偏壓的提高可以減少膜層表面大顆粒的粘附。Al Cr靶材電流以及Cr靶材電流的改變會(huì)改變膜層中Al元素相對(duì)含量,從而影響膜層晶格畸變程度和晶粒的細(xì)化。轉(zhuǎn)速的改變會(huì)使膜層應(yīng)力發(fā)生很大改變。當(dāng)線圈電流為0.6A,轉(zhuǎn)速為1.5r/min,偏壓為-100V,氮?dú)鈮簽?.2Pa時(shí),膜層具有較為致密的組織形態(tài),膜基結(jié)合力達(dá)到70N以上,硬度能夠達(dá)到22GPa左右,并且具有較好的耐摩擦磨損性能和耐腐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：磁場(chǎng)增強(qiáng) 多弧離子鍍 Cr N/Al Cr N薄膜 結(jié)合力
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及意義10-11
• 1.2 多弧離子鍍技術(shù)11-13
• 1.2.1 多弧離子鍍?cè)?/span>11-13
• 1.2.2 多弧離子鍍特點(diǎn)及應(yīng)用13
• 1.3 Al Cr N薄膜研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)方法17-23
• 2.1 試驗(yàn)設(shè)備17
• 2.2 試驗(yàn)材料17-18
• 2.3 試驗(yàn)工藝流程18-20
• 2.3.1 試樣預(yù)處理18
• 2.3.2 試樣爐內(nèi)清洗18-19
• 2.3.3 沉積Cr和Cr N過(guò)渡層19
• 2.3.4 沉積Cr Al N薄膜19-20
• 2.4 薄膜組織結(jié)構(gòu)及性能分析方法20-23
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡20-21
• 2.4.2 原子力顯微鏡21
• 2.4.3 X射線衍射21
• 2.4.4 洛氏硬度測(cè)試21
• 2.4.5 劃痕測(cè)試21
• 2.4.6 顯微硬度測(cè)試21
• 2.4.7 摩擦磨損測(cè)試21-22
• 2.4.8 電化學(xué)腐蝕測(cè)試22-23
• 第3章 磁場(chǎng)增強(qiáng)Al Cr合金靶材的放電特性23-28
• 3.1 線圈電流對(duì)Al Cr靶材放電特性影響23-24
• 3.2 工作氣壓對(duì)Al Cr靶材放電特性影響24-25
• 3.3 Al Cr靶材電流對(duì)放電特性影響25-26
• 3.4 基體負(fù)偏壓對(duì)Al Cr靶材放電特性影響26
• 3.5 本章小結(jié)26-28
• 第4章 磁場(chǎng)增強(qiáng)Cr Al N薄膜制備及組織結(jié)構(gòu)分析28-50
• 4.1 膜層表面形貌28-35
• 4.1.1 不同線圈電流下膜層表面形貌28-29
• 4.1.2 不同氮?dú)鈮合履颖砻嫘蚊?/span>29-30
• 4.1.3 不同轉(zhuǎn)速下膜層表面形貌30-31
• 4.1.4 不同基體偏壓下膜層表面形貌31-33
• 4.1.5 不同Al Cr靶材電流下膜層表面形貌33-34
• 4.1.6 不同Cr靶材電流下膜層表面形貌34-35
• 4.2 膜層截面形貌35-43
• 4.2.1 不同線圈電流下膜層截面形貌35-36
• 4.2.2 不同氮?dú)鈮合履咏孛嫘蚊?/span>36-37
• 4.2.3 不同轉(zhuǎn)速下膜層截面形貌37-38
• 4.2.4 不同基體偏壓下膜層截面形貌38-40
• 4.2.5 不同Al Cr靶材電流下膜層截面形貌40-41
• 4.2.6 不同Cr靶材電流下膜層截面形貌41-43
• 4.3 膜層相結(jié)構(gòu)43-48
• 4.3.1 不同線圈電流下膜層相結(jié)構(gòu)43
• 4.3.2 不同氮?dú)鈮合履酉嘟Y(jié)構(gòu)43-44
• 4.3.3 不同轉(zhuǎn)速下膜層相結(jié)構(gòu)44-45
• 4.3.4 不同偏壓下膜層相結(jié)構(gòu)45-46
• 4.3.5 不同Al Cr靶材電流下膜層相結(jié)構(gòu)46-47
• 4.3.6 不同Cr靶材電流下膜層相結(jié)構(gòu)47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第5章 磁場(chǎng)增強(qiáng)Cr Al N薄膜性能研究50-77
• 5.1 膜層結(jié)合強(qiáng)度分析50-58
• 5.1.1 不同線圈電流下膜層結(jié)合強(qiáng)度50-52
• 5.1.2 不同氮?dú)鈮合履咏Y(jié)合強(qiáng)度52-53
• 5.1.3 不同轉(zhuǎn)速下膜層結(jié)合強(qiáng)度53-54
• 5.1.4 不同基體偏壓下膜層結(jié)合強(qiáng)度54-55
• 5.1.5 不同Al Cr靶材電流下膜層結(jié)合強(qiáng)度55-57
• 5.1.6 不同Cr靶材電流下膜層結(jié)合強(qiáng)度57-58
• 5.2 膜層顯微硬度58-60
• 5.3 摩擦磨損性能研究60-70
• 5.3.1 不同線圈電流下膜層摩擦磨損性能61-63
• 5.3.2 不同氮?dú)鈮合履幽Σ聊p性能63-64
• 5.3.3 不同轉(zhuǎn)速下膜層摩擦磨損性能64-65
• 5.3.4 不同基體偏壓下膜層摩擦磨損性能65-67
• 5.3.5 不同Al Cr靶材電流下膜層摩擦磨損性能67-69
• 5.3.6 不同Cr靶材電流下膜層摩擦磨損性能69-70
• 5.4 膜層耐腐蝕性能分析70-75
• 5.4.1 不同線圈電流下膜層耐腐蝕性能70-71
• 5.4.2 不同氮?dú)鈮合履幽透g性能71-72
• 5.4.3 不同轉(zhuǎn)速下膜層耐腐蝕性能72-73
• 5.4.4 不同基體偏壓下膜層耐腐蝕性能73-74
• 5.4.5 不同Al Cr靶材電流下膜層耐腐蝕性能74-75
• 5.4.6 不同Cr靶材電流下膜層耐腐蝕性能75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果84-86
• 致謝86

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 吳忠振;田修波;王澤明;鞏春志;楊士勤;;高功率脈沖磁控放電等離子體注入與沉積CrN薄膜研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2011年04期

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本文編號(hào)：553773