大弧源电弧离子镀厚膜沉积及其应用

发布时间：2023-03-06 19:17

　　超出10微米的厚膜在许多工业领域有着重大需求,如核电、航空航天、机械、汽车、石油化工、船舶等领域。厚膜可以容纳更多的内部缺陷,并且避免缺陷连接导致的贯穿性破坏,提高膜层的耐磨、耐蚀、抗氧化性能、延长损耗时效。如核燃料包壳管销合金表面需要制备大厚度膜层以提高其事故容错能力,增强高温抗氧化性能、延长服役时效;汽车内燃机活塞环在高温高压往复摩擦的工况下,需要制备大厚度耐磨膜层以提高其服役时效和耐磨性能。传统的厚膜制备技术如电镀、喷涂等存在难以克服的问题,如膜层多孔、污染严重、镀液后处理等,膜层性能无法进一步提高。以电弧离子镀为代表的技术可以制备高品质膜层且环境友好,成为物理气相沉积(PVD)方法中沉积厚膜最具潜力的技术。目前电弧离子镀制备厚膜仍需克服金属熔滴多、残余应力大、生长速率慢等困难。为解决上述问题需要综合考虑弧源技术优化、材料和工艺,实现在增加厚度的同时降低缺陷密度。本工作与大连纳晶科技有限公司联合开发了新型0155 mm大面积电弧源技术,弥补了传统弧源面积小、速率慢、熔滴多、磁场不均匀、靶材调整灵活性差等诸多问题,具备工作面积大、生长速率快、熔滴少、弧斑运动均匀快速、双磁场多模式控...

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 厚膜研究的必要性
    1.2 厚膜的应用需求
    1.3 厚膜制备技术
        1.3.1 电化学沉积
        1.3.2 高功率磁控溅射
        1.3.3 喷涂技术
        1.3.4 化学气相沉积
        1.3.5 蒸镀
        1.3.6 电弧离子镀
    1.4 电弧离子镀制备厚膜的问题
        1.4.1 金属熔滴多
        1.4.2 残余应力大
        1.4.3 生长速率慢
    1.5 本文主要研究思路
2 实验与表征
    2.1 实验设备
    2.2 基体与膜层材料
    2.3 基体镀前处理
    2.4 工艺参数
    2.5 性能测试方法
3 新型大面积电弧源
    3.1 传统弧源结构
    3.2 新弧源结构及磁场特点
    3.3 定位/三维旋转可变的转架设计
    3.4 本章小结
4 工艺优化及膜层结构设计
    4.1 生长速率
    4.2 膜基结合增强
    4.3 本章小结
5 单层厚Cr膜制备及性能研究
    5.1 沉积温度对基体的影响
    5.2 厚Cr膜常温下结构和性能
        5.2.1 显微组织结构
        5.2.2 膜基结合强度
        5.2.3 堆内腐蚀性能
    5.3 厚Cr膜高温抗氧化行为
        5.3.1 表面与截面形貌
        5.3.2 成分分析
        5.3.3 高温氧化机理的总结
    5.4 Zr-4管件表面厚Cr膜
    5.5 本章小结
6 Cr/CrN多层厚膜制备及性能研究
    6.1 多层膜熔滴的进一步控制
    6.2 膜层显微组织结构
    6.3 N元素扩散机制
    6.4 Cr调制层对Cr/CrN多层机械性能的影响
    6.5 高温抗氧化行为
    6.6 实际工件的膜层制备与应用
    6.7 本章小结
7 多组元MAX相Ti₂AlC梯度厚膜制备
    7.1 Ti₂AlC膜层制备条件
    7.2 表面与截面形貌
    7.3 Ti₂AlC相成分
    7.4 退火温度和时间对合成Ti₂AlC相的影响
    7.5 本章小结
8 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 创新点
    8.3 展望
参考文献
附录A 中子散射截面
附录B 陶瓷材料的物理性质表
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3757229