CrAlN涂层的制备及其海洋摩擦学性能研究

发布时间：2017-06-26 03:14

  本文关键词：CrAlN涂层的制备及其海洋摩擦学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋中服役的零部件往往受到腐蚀与摩擦的共同作用,导致其快速的失稳失效,给海洋工业装备带来严峻的挑战,在零部件的摩擦部位涂覆PVD涂层是提升装备可靠性的有效技术手段。本研究通过多弧离子镀技术在316L不锈钢基体上制备了Cr_(1-x)Al_xN涂层,研究了不同Al含量对Cr_(1-x)Al_xN涂层在海水中的摩擦学性能影响,确定了CrAlN涂层应用在海水环境下的最佳铝含量;在其基础上进一步通过改变偏压优化涂层的表面光洁度、组织结构和性能;最后对AlCr N涂层与5种不同的陶瓷摩擦副(Si_3N_4\SiC\WC\Al_2O_3\ZrO_2)进行对磨实验,分析探讨了不同摩擦副对涂层磨损机理的影响,确定了AlCrN涂层最佳配对的摩擦副材料;结果如下:1.随着Al元素的增加,涂层的硬度先增后减,硬度最大为28.5 GPa;组织结构由柱状转为致密的玻璃状然后再变为柱状结构。Al含量在65%以下时,由Al含量造成膜的粗糙度、致密性成为影响磨损率的主要因素;Al含量超过65%时,CrAlN涂层具有六方AlN(002)晶面择优取向,AlN相在海水环境下的水解导致高铝涂层出现大面积的剥落。Al含量为65%时涂层具有最佳的磨损性能。2.偏压(-20 V—-100 V)显著影响涂层的表面形貌,随着偏压的增大,涂层表面颗粒尺寸变小,而颗粒的数量先减后增;偏压较低时,粗糙度延长了跑合期,磨损率主要与表面粗糙度有关。偏压过高时,涂层应力较大,导致摩擦过程中产生大量裂纹,海水易渗入使涂层发生局部剥落。涂层在-80 V具有最佳的机械性能和摩擦性能。3.AlCrN(Al=65%)涂层与五种陶瓷球(Si_3N_4\SiC\WC\Al_2O_3\ZrO_2)在大气、海水中摩擦。结果显示:涂层的摩擦行为与陶瓷的性能有很大关系,在海水中,陶瓷表面发生摩擦化学反应,并有利于形成液体动压润滑,有利于降低涂层的摩擦系数;由于各陶瓷与海水之间的作用不同,相对大气环境下,涂层的磨损率会更大或更小。SiC球表面的微观凹坑对氧化膜SiO_2起到收纳作用,同时减少磨粒磨损。较之于其它陶瓷摩擦配副,AlCrN涂层与SiC陶瓷对磨在两种环境下都有最低的摩擦系数和磨损率,表现出更为优异的摩擦学性能。
【关键词】：Al含量 偏压 摩擦配副 CrAlN涂层 摩擦学
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 海洋环境对装备的影响11-14
• 1.1.1 海洋环境特点11-13
• 1.1.2 海洋材料的腐蚀摩擦交互作用13-14
• 1.2 海洋关键摩擦副配对常用材料14-20
• 1.2.1 金属材料15-16
• 1.2.2 高分子材料16-17
• 1.2.3 陶瓷材料17-18
• 1.2.4 涂层材料18-20
• 1.3 CrAlN涂层研究现状20-25
• 1.3.1 CrAlN涂层抗高温氧化性能20-22
• 1.3.2 CrAlN涂层摩擦学性能22-25
• 第二章 实验材料和方法25-31
• 2.1 实验材料的选择25-26
• 2.1.1 基体及涂层制备材料25
• 2.1.2 摩擦副及人工海水25-26
• 2.2 涂层表征方法26-31
• 2.2.1 扫面电子显微镜（SEM）26-27
• 2.2.2 X射线衍射仪（XRD）27
• 2.2.3 划痕仪27-28
• 2.2.4 纳米压痕仪28
• 2.2.5 摩擦磨损实验机28-29
• 2.2.6 表面轮廓仪29-31
• 第三章 Cr_(1-x)Al_xN涂层的制备及其摩擦学性能31-42
• 3.1 实验部分31-32
• 3.2 Al含量对Cr_(1-x)Al_xN涂层结构性能的影响32-41
• 3.2.1 不同Al含量对微观结构影响32-35
• 3.2.2 不同Al含量对机械性能影响35-36
• 3.2.3 Cr_(1-x)Al_xN涂层摩擦学性能36-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 基体偏压对涂层结构、摩擦学性能影响42-50
• 4.1 实验部分42
• 4.2 偏压对CrAlN涂层结构性能的影响42-49
• 4.2.1 偏压对表面形貌影响42-45
• 4.2.2 偏压对机械性能影响45-47
• 4.2.3 偏压对摩擦性能影响47-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 AlCrN与不同陶瓷海水下摩擦学性能50-60
• 5.1 实验部分51
• 5.2 摩擦性能51-54
• 5.3 讨论54-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 结束语60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间的研究成果69-70

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