本文關(guān)鍵詞：使用環(huán)境介質(zhì)對鍍層設(shè)計及性能影響探究

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【摘要】：PVD鍍層由于具有特殊的性能如高硬度、耐磨減磨、氧化溫度高、防腐蝕等，可大大改善材料的表面性能。而鍍膜后的工件、零件在使用時總會與周邊的環(huán)境介質(zhì)相接觸。研究環(huán)境對鍍層使用性能的影響，研究鍍層在使用環(huán)境下的失效形式，可對鍍層設(shè)計時考慮如何避免薄膜失效提供理論依據(jù)和方向。 本文采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍膜技術(shù)在H13鋼基體上沉積TiAlN單一鍍層，Ti/TiAlN多層復合涂層，設(shè)計實驗，模擬鋁壓鑄模具在生產(chǎn)中的實際情況。分別用光學顯微鏡和Hitachi S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)從表面和截面觀測鍍層失效形貌并做能譜分析，研究所制備不同涂層在鋁液中加熱的熱疲勞特點及熱疲勞失效機理；通過觀察鍍層在高溫鋁液中長時間侵蝕后對表面、截面形貌變化和成分分析等途徑，探討硬質(zhì)鍍層在高溫鋁液中的浸蝕失效機理；本文亦在W6Mo5Cr4V2高速鋼基體表面沉積不同體系薄膜，研究薄膜與鋁合金之間摩擦磨損特性，并探討薄膜與鋁合金為摩擦副時薄膜磨擦學失效機理。主要結(jié)論有： 1、鋁液能對H13鋼發(fā)生較強的腐蝕，使其表面凹凸不平。表面鍍覆單一TiAlN薄膜或Ti/TiAlN多層膜都在一定程度上能阻止鋁液的浸蝕。Ti/TiAlN多層膜表現(xiàn)更佳。完整的Ti/TiAlN多層復合涂層具有較好的高溫抗氧化性，能有效的保持H13鋼基體未產(chǎn)生裂紋區(qū)域表面的平整。除熱交變應(yīng)力外,鋁液腐蝕與高溫氧化的共同作用,是鋁液中鍍層熱疲勞失效的重要特點。 2、致密的TiAlN鍍層在鋁液中具有良好的穩(wěn)定性，不與鋁液發(fā)生反應(yīng)，對基體具有一定保護的作用。鍍層未覆蓋的邊緣區(qū)域和缺陷部位是高溫鋁液侵入鍍層的主要通道。導致鍍層失效并不是由于鍍層直接與鋁液反應(yīng)，而是由于鋁液與基體生成的反應(yīng)物的作用。本實驗中硬質(zhì)鍍層的失效過程可分為三個階段，即鋁液滲入階段，鋁液腐蝕階段，鍍層斷裂剝落階段。這三個階段循環(huán)反復進行，使鍍層大面積剝落而失效。 3、6542高速鋼試樣、TiN、TiAlN、CrN、CrMoN和W:a-C薄膜對磨鋁合金的摩擦系數(shù)在0.3~0.6之間。具有自潤滑作用的W:a-C薄膜能有效降低與鋁合金對磨時的摩擦系數(shù)和防止鋁合金粘著。粘著量僅為6542高速鋼粘著量的4.6%。鍍層與鋁合金對磨時，焊合作用易使鍍層產(chǎn)生粘著而剝落失效。粘著使得對膜基結(jié)合提出了更高的要求。
【關(guān)鍵詞】：PVD鍍層 浸蝕 熱疲勞 摩擦磨損 失效機理
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 鍍層在使用條件下與環(huán)境介質(zhì)的交互作用10-11
• 1.2 壓鑄模具及其失效形式11-14
• 1.2.1 壓鑄模具簡介11
• 1.2.2 壓鑄模具的熱疲勞失效11-12
• 1.2.3 壓鑄模具的焊合沖刷失效12-13
• 1.2.4 壓鑄模具的侵蝕熱熔損失效13-14
• 1.3 切削刀具及切削難題14-16
• 1.4 表面鍍層在刀模具上的應(yīng)用現(xiàn)狀16-20
• 1.4.1 刀具涂層16-19
• 1.4.2 鋁壓鑄模具涂層19-20
• 1.5 PVD 薄膜技術(shù)20-21
• 1.6 本文研究內(nèi)容和意義21-23
• 參考文獻23-27
• 第二章 實驗材料及方法27-34
• 2.1 實驗材料27-28
• 2.2 鍍膜設(shè)備及工藝28-31
• 2.2.1 實驗設(shè)備28-30
• 2.2.2 鍍膜工藝30-31
• 2.3 檢測設(shè)備及方法31-34
• 2.3.1 鍍層形貌及成分檢測31
• 2.3.2 物相分析31-32
• 2.3.3 膜厚的測定32
• 2.3.4 結(jié)合力測試32
• 2.3.5 顯微硬度測試32
• 2.3.6 試樣熱疲勞及耐腐蝕實驗32-33
• 2.3.7 摩擦特性測試33-34
• 第三章 不同表面鍍層鋁液中的耐腐蝕及熱疲勞性能研究34-44
• 3.1 概述34
• 3.2 實驗材料及方法34-35
• 3.3 實驗結(jié)果與分析35-42
• 3.3.1 鍍層的耐鋁液腐蝕性能35-37
• 3.3.2 鍍層的熱疲勞性能37-41
• 3.3.2.1 熱疲勞裂紋37-40
• 3.3.2.2 熱疲勞后結(jié)合強度40-41
• 3.3.3 熱疲勞機理分析41-42
• 3.4 本章結(jié)論42-43
• 參考文獻43-44
• 第四章 高溫鋁液中 TiAlN 硬鍍層失效機理研究44-54
• 4.1 概述44
• 4.2 實驗材料與方法44-45
• 4.3 實驗結(jié)果與分析45-51
• 4.3.1 鍍層失效形貌觀察45-48
• 4.3.2 能譜分析48-49
• 4.3.3 鍍層的失效機理討論49-51
• 4.4 本章結(jié)論51-52
• 參考文獻52-54
• 第五章 不同鍍層與鋁合金間的摩擦磨損研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 粘著磨損及機理分析54-56
• 5.2.1 粘著磨損類型54-55
• 5.2.2 磨損原理55-56
• 5.3 實驗材料及方法56
• 5.4 實驗結(jié)果與分析56-62
• 5.4.1 TiN, TiAlN，CrN, CrMoN，W:a-C 薄膜的基本性能56-57
• 5.4.2 鍍層的摩擦系數(shù)及粘著增重57-58
• 5.4.3 鋁在薄膜表面的粘著行為58-59
• 5.4.4 鋁球被磨后形貌59
• 5.4.5 摩擦學機理59-62
• 5.5 本章結(jié)論62-63
• 參考文獻63-64
• 第六章 結(jié)論64-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文66

【參考文獻】

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本文編號：791546