深冷处理对非晶碳薄膜/高速钢机械性能的影响及机理研究

发布时间：2023-04-29 21:45

　　非晶碳膜主要由sp²、sp³杂化碳的非晶态和微晶态结构组合而成,按照薄膜内部结构的差异,包含了类金刚石薄膜(DLC)及类石墨碳薄膜(GLC)。非晶碳膜作为一种具有代表性的理想减摩抗磨材料,兼具了石墨和金刚石的优良特性,如:高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、良好的化学稳定性以及生物相容性,目前应用十分广泛。但是,非晶碳膜中较大的残余内应力及较弱的膜基结合强度,限制了其使用范围和寿命。且目前的性能优化方法都存在局限性,难以获得具有良好膜基结合强度且各方面性能优异的非晶碳膜。深冷处理是一种较为成熟的材料处理技术,大量研究表明,深冷处理能使材料发生塑性变形、组织细化、产生相变等,已被广泛应用于金属、陶瓷及塑料等晶体及非晶材料综合力学特性的改善中。而将深冷处理应用于非晶碳薄膜的研究鲜有报道。本论文采用非平衡磁控溅射离子沉积技术,分别在W9高速钢上沉积了厚度约2μm的DLC多层薄膜及厚度约为4μm的GLC多层薄膜。采用液氮对两组膜/基复合体系进行了深冷处理,同时,针对DLC薄膜/高速钢,加入了基体深冷预处理作为对比试验。从深冷处理前后薄膜/基体的自身组织结构...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 非晶碳膜
        1.2.1 非晶碳膜的结构及种类
        1.2.2 非晶碳膜的制备方法
        1.2.3 非晶碳膜的应用范围
        1.2.4 非晶碳膜机械性能优化的研究现状
    1.3 深冷处理
        1.3.1 深冷处理的发展及应用
        1.3.2 深冷处理的作用机制
    1.4 本课题的研究目的、意义及内容
        1.4.1 研究目的及意义
        1.4.2 研究内容
        1.4.3 技术路线
第2章 实验材料及实验方法
    2.1 基体材料
    2.2 镀膜设备及工艺流程
        2.2.1 DLC薄膜的制备
        2.2.2 GLC薄膜的制备
    2.3 高速钢及非晶碳膜/高速钢复合体系的深冷处理
    2.4 非晶碳膜/高速钢的形貌及结构检测
        2.4.1 非晶碳膜/高速钢的形貌分析
        2.4.2 非晶碳膜/高速钢的的结构分析
        2.4.3 非晶碳膜/高速钢的残余应力测试
    2.5 非晶碳膜/高速钢复合体系的机械性能检测
        2.5.1 非晶碳膜/高速钢的膜基结合强度测试
        2.5.2 非晶碳膜/高速钢的摩擦磨损性能测试
        2.5.3 非晶碳膜/高速钢的显微硬度测试
    2.6 本章小结
第3章 深冷处理对DLC薄膜/高速钢机械性能的影响及机理研究
    3.1 DLC薄膜/高速钢复合体系的微观形貌分析
        3.1.1 DLC薄膜的表面形貌
        3.1.2 DLC薄膜/高速钢的断面形貌
    3.2 DLC薄膜的成分结构
    3.3 DLC薄膜/高速钢的膜基结合强度
    3.4 DLC薄膜/高速钢的摩擦磨损性能
    3.5 深冷处理对高速钢组织结构的影响
        3.5.1 高速钢的组织形貌观察
        3.5.2 高速钢的XRD物相分析
        3.5.3 高速钢的残余应力分析
    3.6 本章小结
第4章 深冷处理对GLC薄膜/高速钢界面结构及机械性能的影响
    4.1 GLC薄膜/高速钢复合体系的微观形貌
        4.1.1 GLC薄膜的表面形貌分析
        4.1.2 GLC薄膜/高速钢的断面形貌分析
    4.2 GLC薄膜/高速钢的成分结构
        4.2.1 GLC薄膜的XPS分析
        4.2.2 GLC薄膜/高速钢复合体系的TEM分析
    4.3 GLC薄膜/高速钢的膜基结合强度
    4.4 GLC薄膜/高速钢的摩擦磨损性能
        4.4.1 GLC薄膜/高速钢的摩擦磨损曲线
        4.4.2 GLC薄膜的磨痕形貌观察
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文的主要工作及结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
硕士期间发表论文



本文编号：3805798