Ti-（Zr）-B-N纳米复合涂层的结构与性能研究

发布时间：2021-05-18 12:29

　　随着现代制造业的迅速发展,各种难加工材料的数量急剧增加,以及干切削、高速切削、以车代磨等新工艺的出现,对切削刀具不断提出新的挑战,传统的刀具已无法满足现有的需求,研发新型高性能涂层刀具势在必行。在各种涂层中,TiB₂薄膜因具有硬度高、耐磨性好、高热稳定性等优点而备受关注,但该薄膜脆性大,易发生开裂,严重限制其在高速切削加工领域的应用,急需对TiB₂薄膜进行增韧处理。国内外现有研究大部分是向TiB₂涂层内掺杂氮元素形成nc-TiN/a-BN纳米复合结构来提高涂层韧性,研究发现即使通入极少量氮气也会形成大量非晶BN相,导致涂层硬度降低、耐磨性差。针对以上问题,本论文采用反向设计法,反应沉积时通入极少量氮气,再通过改变TiB₂靶溅射功率,增加涂层内TiB₂硬质相数量,形成nc-TiB₂/a-BN纳米复合结构涂层,来提高涂层的硬度和韧性。另向Ti-B-N涂层内掺杂Zr元素,可进一步提高Ti-B-N涂层硬度和耐热能力,Zr原子固溶于TiB₂晶格... 

【文章来源】：天津职业技术师范大学天津市

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 硬质涂层的发展现状
        1.2.1 二元涂层
        1.2.2 三元涂层
        1.2.3 纳米复合涂层
        1.2.4 纳米多层复合涂层
    1.3 硬质涂层制备工艺
        1.3.1 化学气相沉积
        1.3.2 物理气相沉积
        1.3.3 脉冲直流磁控溅射技术
    1.4 TiB_2 基氮化物系列涂层研究现状
    1.5 主要研究内容
第2章 实验方法与性能表征
    2.1 实验设备与基体材料
        2.1.1 实验设备
        2.1.2 基体材料
        2.1.3 靶材与气体
    2.2 涂层的制备
        2.2.1 技术路线
        2.2.2 制备工艺
    2.3 涂层组织结构分析
        2.3.1 厚度计算
        2.3.2 成分及微观形貌分析
        2.3.3 相结构分析
    2.4 薄膜力学性能测试
        2.4.1 硬度
        2.4.2 涂层结合力测量
        2.4.3 涂层残余应力测试
    2.5 涂层摩擦性能分析
        2.5.1 摩擦系数和磨损率
        2.5.2 磨痕形貌
第3章 TiB_2 靶溅射功率对Ti-B-N纳米复合涂层微观结构和性能的影响
    3.1 引言
    3.2 涂层的制备
    3.3 结果与分析
        3.3.1 沉积速率
        3.3.2 涂层成分分析
        3.3.3 物相分析
        3.3.4 微观结构
        3.3.5 硬度分析
        3.3.6 结合力分析
        3.3.7 摩擦系数分析
        3.3.8 磨痕形貌分析
        3.3.9 磨损率分析
    3.4 本章小结
第4章 沉积温度对Ti-B-N纳米复合涂层微观结构和性能的影响
    4.1 引言
    4.2 涂层的制备
    4.3 结果与分析
        4.3.1 薄膜成分
        4.3.2 结构分析
        4.3.3 表面形貌
        4.3.4 沉积速率
        4.3.5 残余应力
        4.3.6 硬度
        4.3.7 临界载荷
        4.3.8 摩擦系数
        4.3.9 最大磨痕深度和磨痕形貌
        4.3.10 磨损率
    4.4 本章小结
第5章 不同N_2流量对Ti-Zr-B-N涂层力学性能和摩擦性能的影响
    5.1 引言
    5.2 涂层的制备
    5.3 结果与分析
        5.3.1 结构分析
        5.3.2 沉积速率
        5.3.3 残余应力
        5.3.4 硬度
        5.3.5 临界载荷
        5.3.6 磨痕形貌
        5.3.7 摩擦系数
        5.3.8 摩擦曲线
        5.3.9 磨损率
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]刀具涂层的研究进展及最新制备技术[J]. 王铁钢,张姣姣,阎兵.  真空科学与技术学报. 2017(07)
[2]直流脉冲磁控溅射铜膜的结构与性能研究[J]. 谈淑咏,张旭海,朱迪,陈健,蒋建清.  功能材料. 2017(02)
[3]溅射功率对Zr-B-Nb-N纳米复合膜结构和机械性能的影响[J]. 李春,董磊,余建刚,潘玉鹏,孙秀华,李德军.  天津师范大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]ZnO/Cu多层膜的制备及电磁屏蔽性能研究[J]. 盛澄成,徐阳,乔辉,魏取福.  功能材料. 2016(08)
[5]切削刀具表面TiCN涂层的研究现状与发展[J]. 覃正海,鲜广,赵海波,郑永强,范洪远,王均.  表面技术. 2016(06)
[6]调制比对Ti/TiB2多层膜结构和力学性能的影响[J]. 周广宏,方冬,印凤,夏木建,庄国志,丁红燕.  真空科学与技术学报. 2015(07)
[7]N2流量对HIPIMS制备TiSiN涂层结构和力学性能的影响[J]. 王振玉,徐胜,张栋,刘新才,柯培玲,汪爱英.  金属学报. 2014(05)
[8]金属切削工具发展应用概览[J]. 熊杰.  机械工业标准化与质量. 2013(12)
[9]Microstructure evolution and mechanical properties of Ti-B-N coatings deposited by plasma-enhanced chemical vapor deposition[J]. Jung Ho SHIN,Kwang Soo CHOI,Tie-gang WANG,Kwang Ho KIM,Roman NOWAK.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(S3)
[10]Influence of Nitrogen Flow Ratio on the Microstructure, Composition, and Mechanical Properties of DC Magnetron Sputtered Zr-B-O-N Films[J]. Doo-In Kim,KwangHo Kim.  Journal of Materials Science & Technology. 2012(11)



本文编号：3193790