Cr12MoV钢表面电弧离子镀TiCN膜及复合处理技术研究
发布时间：2022-01-27 05:20
汽车零部件主要依靠冲压模具成型,而冲压模具往往于表面最先失效,模具表面性能的优劣直接影响到模具的使用及寿命。PVD镀膜技术是提高冲压模具表面硬度与耐磨性的一种经济、有效的方法。为满足我国冲压模具产业高强度、高质量和大批量生产等方面的发展需求,延长冲压模具的使用寿命,需确保硬质薄膜具备更高的硬度与耐磨性,薄膜与基体之间具有良好的结合强度。本文采用电弧离子镀技术制备了系列TiCN薄膜和Ti/TiCN多层膜,同时通过等离子渗氮与电弧离子镀复合处理技术在模具钢上制备复合薄膜,重点研究了偏压、调制周期等镀膜工艺参数和渗氮预处理技术对TiCN薄膜和Ti/TiCN多层膜组织结构和机械性能的影响。主要结果如下:通过电弧离子镀技术制备TiCN单层膜,采用正交实验,初步探索偏压、气体总量和气体流量比值对TiCN薄膜显微组织和机械性能的影响规律,实验结果表明:偏压对TiCN薄膜的硬度与结合力的影响最显著,气体总量对薄膜厚度影响最大。正交实验的最佳工艺方案是气体总量:300 sccm,气体比值:Q（CH4）:Q（N2）=2:1,偏压:-200 V。对偏压参数进行优化...
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阴极电弧产物示意图
图 1-2 TiCN 晶体的结构模型[29]Fig. 1-2 Structural models of TiCN crystal[29]将 TiCN 与 TiC 二元薄膜对比可发现，TiC 的特点是硬度高，薄膜脆性大，附着结合性能差，故 TiC 薄膜综合性能不适用于冲压模的表面。而 TiCN 与 TiN 相比，优点在于具有极好的摩擦行为和高热导率。研究表明，TiCN 薄膜中 C 的加入不仅提高了薄膜的硬度和模量，而且起到了润滑的作用，降低摩擦系数，提高其摩擦磨损性能，如在SaoulaN 等人的研究中，TiCN 薄膜的摩擦系数可低达 0.13[30-32]。因此，TiCN 是理想的硬质耐磨材料，其作为防护薄膜已被广泛应用于刀具、模具以及耐磨零件上。TiCN 薄膜的制备方法主要包括化学气相沉积法和物理气相沉积法。为满足本实验钢样对沉积温度的要求，采用 PVD 法制备薄膜，其工作温度一般可控制在 500℃以下。PVD 法制备 TiCN 薄膜的 C 源大多采用甲烷或乙炔，有学者指出[33]，甲烷气体化学性能更稳定能使工艺过程得到较好的控制，这一点适于工业应用。但达不到较高活性的甲烷，
今薄膜的主要结构设计形式。规定调制周期是在沉积方向上重复结构单元的厚度，调制比是一个调制周期中不同调制层之间的厚度比。而纳米多层膜是指调制周期小于100nm的多层膜。图1-3为多层膜的截面形貌图，可见多层膜相对于单层膜会多出许多界面。研究表明，这种多层的结构可以阻碍裂纹的扩展，所以膜层的韧性较单层膜更高，更重要的是当调制周期为纳米量级时，薄膜在力学、电学、磁学、光学等方面的性能会出现尤为异常的表现[37-43]。如Yang等发现，小周期会出现硬度异常现象；大量研究表明，调制周期在2~60 nm范围时，薄膜会有不用程度的超硬效应，当然，由于残余应力和热稳定性等原因，薄膜的综合性能仍无法实现应用价值，但这些已足以让学者们重视，目前该领域吸引了大量的关注与研究，已经摸索出了许多改善方法[44-47]。图 1-3 多层膜的截面形貌[48]Fig.1-3 Cross section morphology of multilayer films[48]复合化是指多种表面技术复合沉积膜层
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr12MoV钢粉末TD渗钒层的显微结构及性能[J]. 吴啸天,薛屺,张进,孙才沅,章林. 金属热处理. 2018(02)
[2]国内外冷作模具钢发展概述[J]. 邱凌,吴晓春. 模具制造. 2017(11)
[3]Cr基及其化合物过渡层对TiCN涂层性能的影响[J]. 李方正,王昆仑,赵继凤,郑小燕,辛艳青,杨田林. 中国表面工程. 2017(02)
[4]离子源循环轰击对磁控溅射TiN薄膜结构和电学性能的影响[J]. 邵涛,孙德恩,梁斐珂,黄佳木. 中国表面工程. 2017(01)
[5]复合离子镀TiCN薄膜的结构与耐蚀性[J]. 任鑫,赵瑞山,黄美东,孔令梅,玄兹航. 材料保护. 2016(08)
[6]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)
[7]压入法测涂层结合强度的研究进展[J]. 王晶晨,王海军,董天顺,刘明,杨振凯. 材料导报. 2015(23)
[8]碳含量对TiCN涂层的结构和力学性能的影响[J]. 李银成,闫少健,韩滨,王微,付德君. 武汉大学学报(理学版). 2015(05)
[9]Cr12模具钢热处理工艺及耐磨性能[J]. 孙梦龙,谢春生. 材料热处理学报. 2015(05)
[10]调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响[J]. 肖娜,杜菲菲,杨波. 中国表面工程. 2015(02)
博士论文
[1]类金刚石（DLC）多层薄膜残余应力调控及其机械性能研究[D]. 徐照英.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]硬质合金上先进PVD技术沉积TiN基硬质膜及其性能研究[D]. 李雪萍.华南理工大学 2016
[2]CoCrMo合金离子渗氮复合类金刚石膜表面改性技术研究[D]. 谭笛.中南大学 2014
[3]冷作模具钢表面TD法盐浴渗钒工艺及应用研究[D]. 孔向阳.东华大学 2011
[4]电弧离子镀过程中脉冲偏压对TiCN薄膜的影响[D]. 张凇铭.长春理工大学 2010
[5]汽车覆盖件冲压模具CAD/CAE/CAM技术的研究[D]. 杨大宇.哈尔滨理工大学 2007
本文编号：3611846
【文章来源】：华南理工大学广东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阴极电弧产物示意图
图 1-2 TiCN 晶体的结构模型[29]Fig. 1-2 Structural models of TiCN crystal[29]将 TiCN 与 TiC 二元薄膜对比可发现，TiC 的特点是硬度高，薄膜脆性大，附着结合性能差，故 TiC 薄膜综合性能不适用于冲压模的表面。而 TiCN 与 TiN 相比，优点在于具有极好的摩擦行为和高热导率。研究表明，TiCN 薄膜中 C 的加入不仅提高了薄膜的硬度和模量，而且起到了润滑的作用，降低摩擦系数，提高其摩擦磨损性能，如在SaoulaN 等人的研究中，TiCN 薄膜的摩擦系数可低达 0.13[30-32]。因此，TiCN 是理想的硬质耐磨材料，其作为防护薄膜已被广泛应用于刀具、模具以及耐磨零件上。TiCN 薄膜的制备方法主要包括化学气相沉积法和物理气相沉积法。为满足本实验钢样对沉积温度的要求，采用 PVD 法制备薄膜，其工作温度一般可控制在 500℃以下。PVD 法制备 TiCN 薄膜的 C 源大多采用甲烷或乙炔，有学者指出[33]，甲烷气体化学性能更稳定能使工艺过程得到较好的控制，这一点适于工业应用。但达不到较高活性的甲烷，
今薄膜的主要结构设计形式。规定调制周期是在沉积方向上重复结构单元的厚度，调制比是一个调制周期中不同调制层之间的厚度比。而纳米多层膜是指调制周期小于100nm的多层膜。图1-3为多层膜的截面形貌图，可见多层膜相对于单层膜会多出许多界面。研究表明，这种多层的结构可以阻碍裂纹的扩展，所以膜层的韧性较单层膜更高，更重要的是当调制周期为纳米量级时，薄膜在力学、电学、磁学、光学等方面的性能会出现尤为异常的表现[37-43]。如Yang等发现，小周期会出现硬度异常现象；大量研究表明，调制周期在2~60 nm范围时，薄膜会有不用程度的超硬效应，当然，由于残余应力和热稳定性等原因，薄膜的综合性能仍无法实现应用价值，但这些已足以让学者们重视，目前该领域吸引了大量的关注与研究，已经摸索出了许多改善方法[44-47]。图 1-3 多层膜的截面形貌[48]Fig.1-3 Cross section morphology of multilayer films[48]复合化是指多种表面技术复合沉积膜层
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr12MoV钢粉末TD渗钒层的显微结构及性能[J]. 吴啸天,薛屺,张进,孙才沅,章林. 金属热处理. 2018(02)
[2]国内外冷作模具钢发展概述[J]. 邱凌,吴晓春. 模具制造. 2017(11)
[3]Cr基及其化合物过渡层对TiCN涂层性能的影响[J]. 李方正,王昆仑,赵继凤,郑小燕,辛艳青,杨田林. 中国表面工程. 2017(02)
[4]离子源循环轰击对磁控溅射TiN薄膜结构和电学性能的影响[J]. 邵涛,孙德恩,梁斐珂,黄佳木. 中国表面工程. 2017(01)
[5]复合离子镀TiCN薄膜的结构与耐蚀性[J]. 任鑫,赵瑞山,黄美东,孔令梅,玄兹航. 材料保护. 2016(08)
[6]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)
[7]压入法测涂层结合强度的研究进展[J]. 王晶晨,王海军,董天顺,刘明,杨振凯. 材料导报. 2015(23)
[8]碳含量对TiCN涂层的结构和力学性能的影响[J]. 李银成,闫少健,韩滨,王微,付德君. 武汉大学学报(理学版). 2015(05)
[9]Cr12模具钢热处理工艺及耐磨性能[J]. 孙梦龙,谢春生. 材料热处理学报. 2015(05)
[10]调制周期对TiN/Ti多层膜组织结构和结合力的影响[J]. 肖娜,杜菲菲,杨波. 中国表面工程. 2015(02)
博士论文
[1]类金刚石（DLC）多层薄膜残余应力调控及其机械性能研究[D]. 徐照英.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]硬质合金上先进PVD技术沉积TiN基硬质膜及其性能研究[D]. 李雪萍.华南理工大学 2016
[2]CoCrMo合金离子渗氮复合类金刚石膜表面改性技术研究[D]. 谭笛.中南大学 2014
[3]冷作模具钢表面TD法盐浴渗钒工艺及应用研究[D]. 孔向阳.东华大学 2011
[4]电弧离子镀过程中脉冲偏压对TiCN薄膜的影响[D]. 张凇铭.长春理工大学 2010
[5]汽车覆盖件冲压模具CAD/CAE/CAM技术的研究[D]. 杨大宇.哈尔滨理工大学 2007
本文编号：3611846
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