高功率脉冲磁控溅射CrN、AlCrN和AlCrSiN涂层的制备研究
发布时间：2017-03-26 05:17
本文关键词：高功率脉冲磁控溅射CrN、AlCrN和AlCrSiN涂层的制备研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：涂层作为硬质合金刀具最外面的保护层,可以减小刀具与工件之间的摩擦,提高刀具的耐磨性,使得刀具寿命得到提升,从而降低加工成本。目前,物理涂层技术中磁控溅射和离子镀膜是硬质合金刀具涂层中较流行的技术。高功率脉冲磁控溅射技术(High Power Impulse Magnetron Sputtering,HIPIMS)既可以拥有传统磁控溅射的较低温度制备涂层、涂层内部液滴可控和表面粗糙度好等的优点,也能拥有电弧离子镀的沉积速率高,涂层的结合强度好等优点,具有很大的发展潜力。本文主要基于HIPIMS对常见PVD涂层(CrN、AlCrN和AlCrSiN涂层)的制备,系统研究了不同HIPIMS参数(功率,频率,基体偏压等)对HIPIMS靶工作状态,涂层生长特性,涂层组织结构及涂层性能的影响。主要结论如下：(1) HIPIMS制备CrN涂层：随着偏压的增加,CrN涂层的柱状晶由粗大变得细小,晶粒也从粗变小；偏压增加到-200V时,无明显的柱状晶,表面是火山口状的特征。在-30V、-60V和-100V偏压下,择优取向主要是CrN(200)：在-150V和-200V时,CrN涂层的主要衍射峰形宽而弥散。硬度、杨氏模量和内应力,都是随着偏压的增大而逐步上升的,都在-150V时达到最大值,然后降低。在洛氏压痕上的表现都是HF1；在纳米划痕测试中,不同基体偏压的表现都有所差异,但Lc最低也有56N。平均摩擦系数(室温)在0.5-0.75。CrN涂层在加工PCB板上的表现,在小批量的测试中,涂层的微钻表现性能比不涂层的耐磨一些。(2) HIPIMS制备AlCrN涂层：随着偏压的增加,AlCrN涂层的柱状晶由粗大变得细小,晶粒也从粗变小；偏压增加到-100V时,晶粒细化很好,表面质量好；偏压再升高,晶粒再生长,柱状晶又重新长大了。AlCrN涂层出现了明显的CrN衍射峰,其择优取向为CrN (111), CrN (200)和CrN(220)。硬度和杨氏模量都是随着偏压的增大而逐步上升的,都在-100V和-150V时达到最大值,此时的弹性变形能力和抗塑性变形能力也最佳。涂层的内应力也有同样的规律体现,并且表现的都是压应力。(3) HIPIMS制备AlCrSiN涂层：由于在不同基体偏压或者不同频率下,AlCrSiN涂层的Si含量都超过了13%,几乎全部都是无定型的晶体状态。硬度和杨氏模量都是随着偏压的增大而逐步上升的,-100V时达到最大值,但此时的弹性变形能力和抗塑性变形能力也最差；涂层的内应力也有同样的规律体现,并且表现的都是压应力。不同频率的AlCrSiN一样都是压应力,随着频率的增大,应力先升高后再逐步降低；与不同偏压时的AlCrSiN不同,涂层的硬度没有随着频率规律变化。在结合力方面的表现非常差。
【关键词】：高功率脉冲磁控溅射 CrN AlCrN AlCrSiN 偏压 频率
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-12
- 第一章 绪论12-25
- 1.1 课题研究背景及其意义12-13
- 1.2 刀具涂层的发展概况13-14
- 1.3 化学气相沉积法制备刀具涂层14-15
- 1.4 物理气相沉积法制备刀具涂层15-19
- 1.4.1 传统的物理气相沉积法15-17
- 1.4.2 高功率脉冲磁控溅射法17-19
- 1.5 刀具涂层材料的发展19-24
- 1.5.1 CrN涂层的发展21
- 1.5.2 AlCrN涂层的发展21-22
- 1.5.3 AlCrSiN涂层的发展22-24
- 1.6 本课题来源与主要研究内容24-25
- 1.6.1 课题来源24
- 1.6.2 主要研究内容24-25
- 第二章 涂层的制备及分析测试方法25-39
- 2.0 技术路线25
- 2.1 镀膜设备的选择25-28
- 2.2 实验前的准备28-29
- 2.2.1 材料选择28-29
- 2.2.2 镀膜前处理29
- 2.3 涂层结构和成分的表征方法29-31
- 2.4 涂层的力学性能分析31-37
- 2.5 CrN的钻削实验37-39
- 第三章 高功率脉冲磁控溅射制备CrN涂层39-66
- 3.1 引言39
- 3.2 在不同参数下HIPIMS Cr靶的脉冲电流变化39-46
- 3.3 不同基体偏压的CrN涂层制备46-48
- 3.4 结果与讨论48-64
- 3.5 本章小结64-66
- 第四章 高功率脉冲磁控溅射制备AlCrN涂层66-80
- 4.1 引言66
- 4.2 在不同参数下HIPIMS AlCr靶的脉冲电流变化66-71
- 4.3 不同基体偏压的AlCrN涂层制备71
- 4.4 结果与讨论71-79
- 4.5 本章小结79-80
- 第五章 高功率脉冲磁控溅射制备AlCrSiN涂层80-104
- 5.1 引言80
- 5.2 不同参数下HIPIMS AlCrSiN靶的脉冲电流变化80-87
- 5.3 不同基体偏压和频率的AlCrSiN涂层制备87-88
- 5.4 结果与讨论88-102
- 5.4.1 不同基体偏压对AlCrSiN涂层的影响88-95
- 5.4.2 不同频率对AlCrSiN涂层的影响95-102
- 5.5 本章小结102-104
- 结论与展望104-107
- 参考文献107-114
- 攻读硕士期间发表的论文114-116
- 致谢116
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 付贵忠;孔德军;张垒;叶存冬;;阴极弧离子镀AlCrN涂层原子力显微镜分析[J];真空科学与技术学报;2014年05期
2 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 朱e，
本文编号：268329
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/268329.html
