化学气相沉积氮化钒涂层的基础研究

发布时间：2017-12-07 04:23

本文关键词：化学气相沉积氮化钒涂层的基础研究

【摘要】：当今科技的迅猛发展，材料的切削加工在制造行业的地位越发重要，而刀具在其中又扮演着最重要的角色，刀具性能的好坏直接影响到切削效率、加工成本等实际问题。传统硬质合金刀具已经不能满足当代发展要求，因此，现如今性能优异的新型材料涂层刀具的研发变得尤为迫切。本论文一方面是研究以V2O5、H2、N2为原材料，利用化学气相沉积技术，在T12钢锯表面化学气相沉积氮化钒涂层。对影响化学气相沉积氮化钒涂层的主要工艺参数，进行正交试验，制备出不同工艺参数条件下的氮化钒涂层试样，对这些试样进行表征及性能测试，得出以下结论： (1)观察SEM照片发现，氮化钒涂层试样的表面分散着微小孔洞，孔径在几百纳米左右，呈网状结构。 (2)在衍射峰图谱中，只出现了α-Fe峰和VN峰，没有其它的杂质峰出现，表明所制备的VN涂层试样的纯度比较高，α-Fe峰的出现是基体T12钢的影响。VN微晶平均尺寸为34.36nm。 (3)制备的氮化钒涂层试样中，除1#试样最薄平均厚度为12.60μm，其次是2#试样为15.77μm，其它试样平均厚度在20μm左右。通过正交分析，得到薄涂层的较优参数组合为：预保温5min、沉积温度900℃、沉积时间30min；得到厚涂层的较优参数组合为：预保温15min、沉积温度1100℃、沉积时间90min。 (4)测试氮化钒涂层试样的膜基结合力，得到临界荷载Lcn值。1#试样膜基结合强度最低为9.1N，5#试样临界荷载Lcn值最大为27.2N。要制得膜基结合强度高的VN涂层，通过正交分析，选择较优参数组合，参数组合为：预保温10min、沉积温度1000℃、沉积时间90min。 (5)测试氮化钒涂层试样的粗糙度。1#、2#、3#试样的粗糙度Ra值都小于2μm，其余VN涂层试样的粗糙度Ra值都在2μm以上，6#试样粗糙度Ra值最大为3.28μm。要得到较小粗糙度的VN涂层，通过正交分析，选择较优参数组合，参数组合为：预保温5min、沉积温度900℃、沉积时间60min。 (6)测试氮化钒涂层试样的摩擦系数。制备的VN涂层试样平均摩擦系数在0.3~0.5之间。要得到相对摩擦系数较高的VN涂层，通过正交分析，选择较优参数组合，参数组合为：预保温15min、沉积温度900℃、沉积时间60min。 (7)测试氮化钒涂层试样的磨损量。1#、2#、3#试样的磨损体积都在0.05mm3以上，磨损量很大，4#、5#、6#试样的磨损体积有所减少，在0.05mm3~0.03mm3范围之间，7#、8#、9#试样的磨损体积较少，不超过0.02mm3。要制得磨损量低，耐磨性好的VN涂层，通过正交分析，选择较优参数组合，参数组合为：预保温15min、沉积温度1000℃、沉积时间90min。 (8)把VN涂层试样放入3.5%氯化钠水溶液中浸泡72h，研究其腐蚀行为。1#试样减重量为2.5mg，腐蚀得最为严重，其次是2#试样，减重量为1.8mg，其余的减重量都在1.5mg以下。要制得耐腐蚀性较好的VN涂层，通过正交分析，选择较优参数组合，参数组合为：预保温10min、沉积温度1100℃、沉积时间90min。另一方面是从热力学计算分析和沉积速率方面，简要论述了化学气相沉积氮化钒涂层的沉积机理。得出以下结论： (1)在943K~1600K温度范围内，V2O5(g)+5H2(g)+N2(g)=2VN(s)+5H2O(g)标准反应Δ GθT0，Δ GθT随着温度T的升高而升高，这表明温度过高，，不利于反应的进行。 (2)化学气相沉积VN涂层过程中，反应温度不同，沉积速率不同，在高温区(1000℃以上)属于气相扩散控制，而在低温区(1000℃以下)沉积速率属于表面反应过程控制。在相同的反应温度条件下，试样与V2O5的距离不同，沉积速率也不相同。
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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