HiPIMS/Pulsed DC复合磁控溅射CrAl（Si）N涂层的研究

发布时间：2020-12-13 22:15

　　采用PVD涂层技术对研发高性能刀具涂层、改善刀具切削性能、提高加工质量、提高刀具寿命和降低生产成本具有重要意义。CrAlN涂层以其高硬度、抗氧化、耐磨损的良好性能被广泛应用于切削刀具的表面防护中,由于固溶强化、纳米复合强化的作用,掺Si的CrAlSiN纳米复合涂层在切削领域的应用将更有发展前景。本文采用国际新型高功率脉冲（HIPIMS+）和脉冲直流（Pulsed DC）共溅射技术沉积CrAlN、CrAlSiN纳米复合涂层,将高功率脉冲离化率高、脉冲直流沉积速率高的技术优势结合,实现对高纯度单质靶单独控制,调节涂层结构,以期制备出高性能刀具涂层。分别研究偏压、氮氩比、靶功率等工艺参数对CrAlN、CrAlSiN涂层微观组织结构生长、力学性能、摩擦磨损性能等方面的影响,揭示CrAlSiN复合涂层组织结构的生成规律和力学性能、摩擦磨损行为的变化规律。研究结果表明:基体负偏压能够调节CrAlN涂层内部应力、促进涂层内部的相变。随着基体负偏压的增加,涂层111晶向逐渐减弱,有向200晶向转变的趋势且全部表现出fcc-（Cr,Al）N相。涂层内部残余压应力显著增加,少量Cr固溶于AlN晶格中,引起... 

【文章来源】：天津职业技术师范大学天津市

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 刀具涂层的发展现状
        1.2.1 纳米复合涂层的发展历程
        1.2.2 纳米复合涂层致硬机理
        1.2.3 纳米复合涂层研究现状
    1.3 刀具涂层的制备工艺
        1.3.1 高功率脉冲与脉冲直流磁控共溅射技术
    1.4 CrAlSiN系列涂层研究现状
    1.5 本论文研究的内容
第2章 实验方法与性能表征
    2.1 实验材料
        2.1.1 基体材料与夹具
        2.1.2 靶材与气体
    2.2 涂层的制备与沉积工艺
        2.2.1 技术路线
        2.2.2 HiPIMS/PulsedDCMS系统
        2.2.3 影响薄膜生长的主要因素
    2.3 涂层组织结构分析
        2.3.1 微观形貌及成分分析
        2.3.2 相组成分析
    2.4 涂层力学性能表征
        2.4.1 硬度及弹性模量
        2.4.2 残余应力
    2.5 涂层摩擦学性能表征
        2.5.1 磨痕形貌
        2.5.2 摩擦系数
第3章 不同基体偏压对CrAlN涂层结构和性能的影响
    3.1 引言
    3.2 涂层制备
    3.3 结果与分析
        3.3.1 涂层厚度
        3.3.2 结构分析
        3.3.3 力学性能影响
        3.3.4 摩擦学性能影响
    3.4 本章小结
第4章 不同N2/Ar对CrAlSiN涂层结构和性能的影响
    4.1 引言
    4.2 涂层制备
    4.3 结果与分析
        4.3.1 沉积速率影响
        4.3.2 微观结构与形貌
        4.3.3 力学性能
        4.3.4 摩擦学性能
    4.4 本章小结
第5章 不同SiAl靶功率对CrAlSiN涂层结构和性能的影响
    5.1 引言
    5.2 涂层制备
    5.3 结果与分析
        5.3.1 沉积速率影响
        5.3.2 结构与形貌影响
        5.3.3 力学性能影响
        5.3.4 摩擦学性能影响
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表论文以及参加会议和项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of Al Content on the Microstructure and Properties of the Cr Al N Coatings Deposited by Arc Ion Plating[J]. Qi-Xiang Fan,Jiao-Jiao Zhang,Zheng-Huan Wu,Yan-Mei Liu,Tao Zhang,Bing Yan,Tie-Gang Wang.  Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2017(12)
[2]AlCrN涂层高速钢刀具的应用研究[J]. 梁红樱,陈伦,但秦,穆建生.  工具技术. 2017(10)
[3]工艺参数对多弧离子镀TiAlN涂层铝含量和硬度的影响[J]. 周陶,袁军堂,汪振华,黄雷.  机械制造与自动化. 2017(05)
[4]Microstructure and Properties of the Cr–Si–N Coatings Deposited by Combining High-Power Impulse Magnetron Sputtering（HiPIMS） and Pulsed DC Magnetron Sputtering[J]. Tie-Gang Wang,Yu Dong,Belachew Abera Gebrekidan,Yan-Mei Liu,Qi-Xiang Fan,Kwang Ho Kim.  Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2017(07)
[5]峰值功率对高功率脉冲磁控溅射氮化铬薄膜力学性能的影响[J]. 王愉,陈畅子,吴艳萍,冷永祥.  表面技术. 2017(01)
[6]电弧离子镀AlCrN涂层结构和摩擦性能的研究[J]. 耿东森,曾琨,黄健,张世宏,王启民.  真空科学与技术学报. 2016(12)
[7]国内外磁控溅射靶材的研究进展[J]. 陈海峰,薛莹洁.  表面技术. 2016(10)
[8]脉冲峰值电流对HIPIMS/DCMS共沉积制备AlCrTiN涂层性能的影响[J]. 贵宾华,周晖,郑军,张延帅,杨拉毛草.  中国表面工程. 2016(05)
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硕士论文
[1]微织构AlCrN涂层刀具的制备与性能研究[D]. 姜超.山东大学 2017
[2]AlCrN涂层表面微/纳织构的制备及其摩擦磨损特性研究[D]. 高鹏.山东大学 2016
[3]Al含量对大功率发动机活塞环AlCrN涂层性能的影响[D]. 魏德超.西华大学 2012
[4]脉冲偏压电弧离子镀大颗粒净化的理论与实验研究[D]. 郭慧梅.大连理工大学 2004



本文编号：2915267