硬质合金表面沉积Ti-Si-C涂层的基础研究

发布时间：2017-07-21 00:23

  本文关键词：硬质合金表面沉积Ti-Si-C涂层的基础研究

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【摘要】：硬质合金是现代工业中应用最广的刀具材料,提高硬质合金刀具表面耐磨性和降低表面摩擦系数可使其具有更好的切削性能。在硬质合金表面施加涂层是提高硬质合金刀具性能的有效手段。C基涂层与Me-Si-C系列涂层具有低摩擦系数的特点,其耐磨性良好,是一类优秀的耐磨涂层材料。目前Me-Si-C系列涂层中的Ti-Si-C三元涂层最为受到人们的瞩目,将Ti-Si-C涂层用于硬质合金刀具涂层有利于提高硬质合金刀具的性能。为解决Ti-Si-C在硬质合金刀具涂层领域应用的基础问题,本文开展了Ti-Si-C涂层制备的实验设备改造、涂层结构设计、涂层制备工艺等方面的研究。论文的主要研究工作和成果如下:1.根据Ti-Si-C涂层制备的特点与使用要求,确定了Ti-Si-C涂层制备设备的改造原则,制定了设备的改造方案,在此基础上设计了气路结构,实现了对改造系统的气体流量、气体组分等参数的自动控制。改造后的涂层沉积设备运行稳定,可满足Ti-Si-C涂层制备需求。2.使用有限元对硬质合金表面制备Ti-Si-C涂层的热应力进行了研究,并从热应力缓和的角度对硬质合金表面Ti-Si-C涂层进行了结构设计。3.开展了硬质合金表面制备Ti-Si-C涂层的实验研究。研究了沉积温度、沉积气压以及四甲基硅烷流量对硬质合金基体表面Ti-Si-C涂层生长的影响。通过实验找到合适的工艺参数,在硬质合金表面制备出Ti-Si-C涂层。使用SEM、EDS及XPS等分析技术对Ti-Si-C涂层进行了分析,为Ti-Si-C涂层在刀具涂层方面的应用奠定基础。
【关键词】：硬质合金 Ti-Si-C 涂层 热应力
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 引言13
• 1.2 硬质合金的应用13-14
• 1.3 硬质合金表面强化技术14-16
• 1.3.1 离子束辐照14
• 1.3.2 强流脉冲荷电离子束技术14-15
• 1.3.3 离子注入15
• 1.3.4 激光处理15-16
• 1.4 硬质合金涂层16-20
• 1.4.1 硬质合金涂层的发展与现状16-18
• 1.4.2 硬质合金涂层的制备方法18-20
• 1.5 Ti-Si-C涂层20-22
• 1.5.1 Ti-Si-C涂层的特点20-21
• 1.5.2 Ti-Si-C涂层的发展现状及应用21-22
• 1.6 研究的意义和内容22-23
• 第二章 实验条件及测试方法23-32
• 2.1 引言23
• 2.2 实验材料的选择23-24
• 2.3 实验设备的改造24-29
• 2.3.1 实验设备24-25
• 2.3.2 实验设备改造的要求和改造内容25-26
• 2.3.3 设备气路的改造设计26-29
• 2.3.4 实验所需各设备29
• 2.4 涂层性能的评价方法29-31
• 2.4.1 表面形貌29-30
• 2.4.2 渗层成分与物相30
• 2.4.3 渗层的硬度30
• 2.4.4 涂层的膜基结合性能30-31
• 2.4.5 涂层的摩擦磨损性能31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章Ti-Si-C涂层热应力分析及结构设计32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 涂层中的残余应力32-33
• 3.2.1 残余应力的产生32
• 3.2.2 热应力及本征应力32-33
• 3.3 热应力的计算理论33-36
• 3.3.1 有限元分析简介33
• 3.3.2 三种传热方式33-34
• 3.3.3 Ti-Si-C涂层热应力计算34-36
• 3.4 仿真模型的建立36-39
• 3.5 热应力分析及结构设计39-46
• 3.5.1 衬底传热对热应力的影响39-41
• 3.5.2 涂层厚度对热应力的影响41-43
• 3.5.3 沉积温度对热应力的影响43-44
• 3.5.4 涂层成分对热应力的影响44-46
• 3.5.5 热应力角度的涂层结构参数的选择46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 硬质合金基体Ti-Si-C涂层制备工艺47-69
• 4.1 引言47
• 4.2 HFCVD法Ti-Si-C涂层的制备原理47-48
• 4.3 Ti-Si-C涂层的制备实验48-50
• 4.3.1 硬质合金基体表面预处理48
• 4.3.2 热丝的选择和预处理48-49
• 4.3.3 实验步骤和流程49-50
• 4.4 实验结果与分析50-68
• 4.4.1 沉积温度的影响50-57
• 4.4.2 沉积气压的影响57-62
• 4.4.3 TMS流量的影响62-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 总结与展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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