本文關(guān)鍵詞：CrN基涂層的制備及其性能研究

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【摘要】：硬質(zhì)涂層涂覆在材料表面可以使材料與外界環(huán)境隔離開,能作為有效的熱屏障和化學屏障,預防材料的摩擦磨損、氧化及腐蝕。不僅能極大地延長材料的使用壽命,還能賦予材料一些新的性能。本論文中采用閉合場非平衡反應(yīng)磁控濺射技術(shù)成功制備了CrN,并以之為基礎(chǔ),合成了CrSiN及CrHfSiN涂層,對各涂層結(jié)構(gòu)及性能進行分析,主要研究內(nèi)容有：(1)采用直流磁控濺射制備了CrN涂層,并研究了氮氣流量和基體偏壓對涂層的影響。結(jié)果表明：隨兩者增大涂層晶粒細化,表面致密度增加；涂層中物相皆以CrN、Cr、Cr2N為主,無明顯擇優(yōu)取向；涂層硬度隨氮氣增加而降低,隨偏壓增大而提高。(2)采用高功率脈沖磁控濺射技術(shù)制備了CrN涂層,并研究脈沖寬度對涂層的影響。該方法制備的CrN涂層晶粒間熔融凝聚程度增強,晶體生長取向性增強。涂層的結(jié)合力在脈寬增大過程中先增后減,硬度則隨之增大。(3)向CrN涂層中引入Si制備了CrSiN涂層。優(yōu)化后CrSiN涂層的沉積工藝為N2/Ar含量為18：12,電源功率為600 W,偏壓為-50 V,工作壓力為0.5 Pa,溫度為200℃。CrSiN涂層主要由CrN和Cr組成,涂層沉積速率隨Si的增加而降低,硬度隨Si的增加先增后降。與CrN涂層相比,CrSiN涂層摩擦系數(shù)更低,結(jié)合力和硬度更高。當Si含量為1.13%時涂層硬度高于4200HV0.01。對CrSiN涂層進行恒溫氧化,800℃時涂層僅外側(cè)被氧化,涂層能較好的保護基體；900℃時涂層外側(cè)氧化嚴重,并產(chǎn)生向涂層內(nèi)部延伸的缺陷,但仍能保護基體。(4) CrHfSiN涂層表面致密,截面形貌顯示其仍為柱狀晶。涂層物相以CrN為主,還有少量的Cr2N和HfN。涂層進行恒溫氧化,800℃和900℃時,涂層中的相主要為Cr2N和Cr203。此過程中涂層內(nèi)部生成了致密的氧化膜,形成氧向涂層內(nèi)部擴散的屏障,從而保護基體未被氧化;1000℃時,涂層中的相以Cr203和Fe203為主,涂層氧化嚴重,內(nèi)部應(yīng)力增大,涂層局部剝落導致基體被氧化。
【關(guān)鍵詞】：閉合場非平衡磁控濺射 CrN涂層 CrSiN涂層 CrHfSiN涂層 抗高溫氧化性能
【學位授予單位】：江西科技師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 硬質(zhì)涂層沉積技術(shù)簡介10-17
• 1.2.1 蒸發(fā)鍍11
• 1.2.2 濺射鍍11-16
• 1.2.2.1 平衡磁控濺射12-13
• 1.2.2.2 非平衡磁控濺射13-14
• 1.2.2.3 脈沖磁控濺射14-16
• 1.2.3 離子鍍16-17
• 1.3 硬質(zhì)涂層的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢17-20
• 1.3.1 組成多元化17-18
• 1.3.2 結(jié)構(gòu)多層化18-19
• 1.3.3 功能梯度化19-20
• 1.4 本論文的選題意義及研究內(nèi)容20-22
• 第2章 實驗設(shè)備及研究方法22-32
• 2.1 實驗設(shè)備22-23
• 2.2 實驗方法23-32
• 2.2.1 基體及其預處理23
• 2.2.2 涂層的制備23-24
• 2.2.3 涂層顯微結(jié)構(gòu)表征24-26
• 2.2.3.1 形貌觀察24-25
• 2.2.3.2 成分分析25
• 2.2.3.3 物相組成25-26
• 2.2.4 涂層性能分析與表征26-32
• 2.2.4.1 結(jié)合力26-28
• 2.2.4.2 硬度28-30
• 2.2.4.3 抗高溫氧化性能30-32
• 第3章 磁控濺射CrN涂層的研究32-45
• 3.1 閉合場非平衡直流磁控濺射CrN涂層的研究32-38
• 3.1.1 實驗方法32-33
• 3.1.2 實驗結(jié)果與討論33-38
• 3.1.2.1 氮氣氬氣含量對涂層的影響33-35
• 3.1.2.2 基體偏壓對涂層的影響35-38
• 3.1.3 小結(jié)38
• 3.2 高功率脈沖磁控濺射CrN涂層的研究38-44
• 3.2.1 實驗方法39-40
• 3.2.2 結(jié)果與討論40-43
• 3.2.2.1 CrN涂層的表面形貌40-41
• 3.2.2.2 CrN涂層的相組成41-42
• 3.2.2.3 CrN涂層的結(jié)合力和硬度42-43
• 3.2.3 結(jié)論43-44
• 3.3 本章小結(jié)44-45
• 第4章 磁控濺射CrSiN涂層的研究45-56
• 4.1 Si含量對CrSiN涂層性能研究45-50
• 4.1.1 實驗方法45-46
• 4.1.2 結(jié)果與討論46-49
• 4.1.2.1 CrSiN涂層的表面形貌46
• 4.1.2.2 CrSiN涂層的沉積速率46-47
• 4.1.2.3 CrSiN涂層的相組成47-48
• 4.1.2.4 CrSiN涂層的硬度48-49
• 4.1.3 小結(jié)49-50
• 4.2 CrSiN涂層的氧化性能50-55
• 4.2.1 實驗方法50-51
• 4.2.2 結(jié)果與討論51-54
• 4.2.2.1 CrSiN涂層形貌、力學性能及物相組成51-52
• 4.2.2.2 氧化后涂層表面形貌及物相組成52-53
• 4.2.2.3 氧化后涂層截面形貌53-54
• 4.2.3 小結(jié)54-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 磁控濺射CrHfSiN涂層的研究56-62
• 5.1 實驗方法56
• 5.2 結(jié)果與討論56-61
• 5.2.1 氧化前涂層形貌及物相組成57-58
• 5.2.2 氧化后涂層的形貌及物相組成58-60
• 5.2.3 涂層氧化動力學曲線60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論62-64
• 參考文獻64-71
• 攻讀碩士學位期間主要研究成果71-72
• 致謝72

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