二硼化铬涂层的制备及其结构和性能的研究

发布时间：2018-03-28 13:53

  本文选题：CrB_2　切入点：硬质涂层　出处：《中北大学》2016年硕士论文

【摘要】：随着现代制造业的飞速发展,难切削材料逐渐增多,如航空航天钛合金、高硅铝合金和碳纤维复合材料等,呈现出高强、高硬和高韧的特点,催生了硬切削、干切削和微润滑切削等恶劣的切削环境,传统的刀具涂层由于其高温稳定性差、硬度低等缺点已经难以满足要求。二硼化铬(CrB_2)涂层具有高熔点、高硬度、高耐磨性和耐蚀性,再加上其良好的化学惰性以及不易于与金属发生粘结的特点,作为硬质防护涂层有望能够满足这些特殊切屑加工要求。本论文主要基于国内外对CrB_2涂层的研究进展和硬质涂层发展趋势,重点围绕复合PVD技术沉积CrB_2涂层的制备、结构和性能开展了研究,有关研究结果具有重要科学意义和应用价值。本文首先采用高功率脉冲磁控溅射沉积技术(HiPIMS)沉积CrB_2涂层,对涂层的成分组成、物相结构和力学性能进行了表征,重点研究了不同测试环境(干摩擦、蒸馏水和海水环境)下涂层的摩擦磨损行为。结果表明:CrB_2涂层呈现(101)择优取向,物相结构组成主要为CrB_2和少量Cr,涂层中B/Cr的原子比为1.76,硬度和弹性模量分别为26.9±1.0 Gpa和306.7±6.0 GPa。涂层在干摩擦、蒸馏水和海水环境中的摩擦系数分别为0.75、0.26和0.22,涂层在蒸馏水和海水环境中摩擦时,由于蒸馏水和海水的边界润滑作用,摩擦因数均明显降低,干摩擦和在蒸馏水环境下的摩擦磨损机制是磨粒磨损,而在海水环境下摩擦时,是腐蚀磨损和磨粒磨损的协同作用。其次,作为与HiPIMS技术的对比,采用直流磁控溅射技术,通过调节靶基距,获得了接近CrB_2化学计量比的涂层,随沉积温度变化,B/Cr原子比在1.9~2.0之间,XPS结果表明涂层仍主要由CrB_2和少量的Cr组成,涂层粗糙度较小,Rq在1.11~1.95 nm之间;随着沉积温度的升高,基体表面吸附原子扩散能力增强,涂层结晶性逐渐升高,晶体结构由(101)和(001)的混合取向转变为(001)择优取向;涂层截面形貌由疏松多孔的纤维状结构,转变为粗大的柱状结构(直径约50 nm),最后转变为了致密的纳米柱状结构(直径约4~7 nm)。随沉积温度的升高,涂层的力学性能明显提高,沉积温度大于300℃时,可获得硬度大于40 GPa的超硬CrB_2涂层,当沉积温度为400℃时,涂层的硬度高达50.7±2 Gpa。微观结构和力学性能随沉积温度的演变归因于沉积原子扩散运动逐渐增强产生的(001)择优取向和组织结构的致密化。最后,本文还研究了(101)和(001)择优取向的CrB_2涂层的热稳定性能,并测试了硬质合金基体和不同沉积温度下CrB_2涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中的基本电化学性质。研究表明:(101)择优取向的CrB_2涂层在1000℃时生成了新相,而(001)择优取向的CrB_2涂层在1000℃及以下未发生明显相的分解和转变,呈现出更高的高温稳定性,这归因于(101)择优取向的CrB_2涂层更高的表面能和晶格畸变能而具有较小的相变激活能;虽然CrB_2涂层的腐蚀电位高于硬质合金,但腐蚀电流密度降低了近2个数量级,说明在含Cl-1的腐蚀介质中,CrB_2涂层可有效的防护硬质合金。
[Abstract]:In this paper , the properties of Cr B _ 2 coatings with high melting point , high hardness , high wear resistance and corrosion resistance have been studied . The results show that the coating has high melting point , high hardness , high wear resistance and corrosion resistance . The results show that the coating has high melting point , high hardness , high wear resistance and corrosion resistance . The thermal stability of CrB _ 2 coatings with a hardness greater than 40 GPa was obtained when the deposition temperature was 400 鈩，

本文编号：1676602