铝合金表面CrAlN薄膜的FCVA制备工艺及性能研究

发布时间：2021-05-11 10:49

　　铝合金具有低密度、高比强度且易成型加工等优良性能,在建筑、航空、航海和轨道交通等领域具有广阔的应用前景,但是铝合金硬度低、特殊工况下抗蚀性差的特点,严重限制了其在生产实践中的进一步应用。CrAlN薄膜作为三元硬质薄膜,而且含有抗热蚀元素Cr,是一种既耐磨又抗热蚀的智能薄膜。因此,对铝合金表面进行CrAlN薄膜应用改性,使其表面具有高耐磨性、耐高温腐蚀的特性是目前铝合金表面薄膜改性的一个重要研究方向。然而,铝合金表面易氧化以及与CrAlN薄膜在力学与热物性的不适配等问题,都会阻碍铝合金表面CrAlN薄膜的生长和结合。因此,如何在铝合金表面获得均匀致密且高膜基结合力的薄膜是铝合金表面CrAlN薄膜改性的研究重点。本文采用磁过滤阴极真空弧技术（FCVA）在铝合金表面制备了一系列不同工艺参数和结构设计的CrAlN薄膜,并从工艺参数（氮气压、基底负偏压）、梯度结构和多层结构设计三个方面研究其对CrAlN薄膜物相、形貌和膜基结合力的影响。获得结论如下:1.所有薄膜呈现c-CrAlN面心立方结构,薄膜主要包含AlN相、CrN相和Cr₂N相,随着氮气压和基底负偏压的上升,薄膜的主... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 铝合金表面处理手段
        1.2.1 阳极氧化
        1.2.2 电镀
        1.2.3 微弧氧化
        1.2.4 热喷涂
        1.2.5 激光处理法
        1.2.6 化学气相沉积法
        1.2.7 物理气相沉积法
    1.3 CrAlN薄膜材料的研究进展
    1.4 铝合金表面沉积硬质薄膜的研究现状
    1.5 研究思路及内容
第2章 薄膜制备与表征
    2.1 实验材料
    2.2 镀膜设备简介
    2.3 镀膜原理
    2.4 实验制备流程
    2.5 薄膜表征
        2.5.1 物相分析
        2.5.2 形貌
        2.5.3 化学键态
        2.5.4 硬度和弹性模量
        2.5.5 薄膜内应力
        2.5.6 结合强度
第3章 工艺参数对CrAlN薄膜成分、结构及性能的影响
    3.1 引言
    3.2 氮气压对CrAlN薄膜结构和性能的影响
        3.2.1 物相形貌分析
        3.2.2 薄膜内应力
        3.2.3 力学性能研究
        3.2.4 界面结合性能
    3.3 基底负偏压对CrAlN薄膜结构和性能的影响
        3.3.1 物相形貌分析
        3.3.2 薄膜内应力
        3.3.3 力学性能研究
        3.3.4 界面结合性能
    3.4 小结
第4章 氮含量梯度设计对CrAlN薄膜结构和性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验结果与讨论
        4.2.1 物相形貌分析
        4.2.2 薄膜内应力
        4.2.3 力学性能研究
        4.2.4 界面结合性能
    4.3 小结
第5章 多层结构设计对CrAl/CrAlN薄膜结构和性能的影响
    5.1 引言
    5.2 实验结果与讨论
        5.2.1 物相形貌分析
        5.2.2 薄膜内应力
        5.2.3 力学性能研究
        5.2.4 界面结合性能
    5.3 小结
第6章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋环境中铝合金表面改性涂层的电化学性能[J]. 李晓娟,刘栋,刘哲,李秉忠.  表面技术. 2018(01)
[2]Influence of Al Content on the Microstructure and Properties of the Cr Al N Coatings Deposited by Arc Ion Plating[J]. Qi-Xiang Fan,Jiao-Jiao Zhang,Zheng-Huan Wu,Yan-Mei Liu,Tao Zhang,Bing Yan,Tie-Gang Wang.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(12)
[3]CrAlN/VN多层膜调制周期对膜层性能的影响[J]. 李大洋,娄长胜,张罡.  沈阳理工大学学报. 2017(04)
[4]磁过滤电弧离子镀制备TiAlN涂层的结构与性能表征[J]. 陈磊,裴志亮,肖金泉,宫骏,孙超.  中国腐蚀与防护学报. 2017(03)
[5]Al含量及厚度对不锈钢基体上TiAlN涂层力学性能的影响[J]. 赵升升,郎文昌.  深圳职业技术学院学报. 2016(05)
[6]多弧离子镀TiAlZrCr/（Ti,Al,Zr,Cr）N梯度膜的微观结构与耐磨损性能[J]. 赵时璐,张震,张钧,王建明,张正贵.  金属学报. 2016(06)
[7]调制周期对CrAlN/ZrN纳米多层膜韧性的影响[J]. 张文勇,孙德恩,裴晨蕊,张世宏,黄佳木.  表面技术. 2016(01)
[8]阳极氧化层对活塞热负荷的影响研究[J]. 王毅,杨靖,张云飞,刘凯敏,邓帮林,冯仁华.  中国机械工程. 2015(09)
[9]铝及铝合金电镀研究进展[J]. 蔡婷婷,王兆文.  有色矿冶. 2013(06)
[10]氮化物硬质薄膜残余应力的研究进展[J]. 赵升升.  深圳职业技术学院学报. 2013(03)

硕士论文
[1]磁场增强多弧离子镀CrAlN薄膜制备工艺及组织性能研究[D]. 李永健.哈尔滨工业大学 2015
[2]WS2及C掺杂TiAlSiN复合膜制备工艺及性能研究[D]. 姜巍.哈尔滨工业大学 2010
[3]ZL109铝合金表面离子镀TiN膜的工艺及性能研究[D]. 王自荣.武汉科技大学 2010
[4]铝合金衬底电弧离子镀氮化物膜层的研究[D]. 靳伟.沈阳工业大学 2007



本文编号：3181273