TC4合金表面等离子渗CrN涂层及其性能研究

发布时间：2017-09-18 21:20

  本文关键词：TC4合金表面等离子渗CrN涂层及其性能研究

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【摘要】：在结构材料中,钛合金极为重要,其优势包括优异的生物相容性,并且有较高的比强度,密度小,具备极佳的抗腐蚀能力,也正是因为这样,钛合金在医学领域、石油化工领域、航空航天领域、建筑领域等都有很广的应用。不过,钛合金也有不足之处,比如其高温抗氧化性不好,耐磨性较差等,而这些不足之处使得其应用受到了限制,通过表面改性技术来提升钛合金的性能,已成为有效途径。过渡族金属氮化物涂层因为具有硬度高、耐磨损性能好等优势,成为当代材料表面涂层中研究的热点。其中CrN涂层作为一种新型硬质涂层,因其热稳定性、沉积温度、良好的抗腐蚀性和优秀的抗磨损性能磨损性能使得加工行业也青睐于该涂层材料。本文所进行的研究是通过双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备出膜基结合良好、性能优异CrN涂层,以改善TC4合金使用性能。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDS)对涂层的相组成、微观组织结构及化学成分进行观察与分析。利用自动划痕仪、纳米压痕仪、球一盘式摩擦磨损试验机对涂层的力学性能进行研究,采用电化学测试技术对涂层的抗腐蚀性能进行测试。XRD结果表明:涂层的相组成为CrN单相。SEM表明:涂层沉积厚度较厚,大约为16μm,涂层组织很平整,和基体结合力强,其表面几乎没有空洞,也没有凸起等问题。划痕法以及维氏压痕法对涂层的力学行为进行测定结果表明:涂层的添加,使基体的硬度与韧性明显提高。涂层在室温下摩擦磨损性能测定结果表明:涂层可以让基体具有更强的抗摩擦、抗磨损能力。根据涂层在3.5wt.%NaCl溶液里所表现出的腐蚀性能来看,涂层使基体的耐腐蚀性能得到了提高。
【关键词】：CrN涂层 韧性 磨损性能 腐蚀性能
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 硬质涂层的制备14-18
• 1.2.1 化学气相沉积法14-15
• 1.2.2 物理气相沉积法15-17
• 1.2.3 离子注入17
• 1.2.4 激光表面处理17-18
• 1.3 双阴极等离子渗金属技术18-20
• 1.3.1 双阴极等离子溅射技术基本原理18-20
• 1.4 氮化铬研究进展20-22
• 1.4.1 氮化铬涂层概况20
• 1.4.2 Cr-N二元系20-21
• 1.4.3 Cr-N多元系21
• 1.4.4 Cr-N梯度多元多层系21-22
• 1.5 CrN涂层的应用现状22-23
• 1.6 课题研究内容23-25
• 第2章 实验材料与实验方案25-33
• 2.1 实验材料及预处理25
• 2.2 实验设备及操作步骤25-27
• 2.3 分析方法及手段27-33
• 2.3.1 相组成及微观组织分析27
• 2.3.2 划痕测试27-28
• 2.3.3 涂层韧性测试28
• 2.3.4 涂层的纳米压入测试28-29
• 2.3.5 磨损性能测试29-30
• 2.3.6 电化学性能测试30-32
• 2.3.7 X射线光电子能谱测试32-33
• 第3章 CrN涂层的组织与机械性能分析33-45
• 3.1 本章提要33
• 3.2 CrN涂层组织分析33-34
• 3.2.1 CrN涂层XRD分析33-34
• 3.2.2 CrN涂层截面SEM分析34
• 3.3 CrN涂层的力学性能分析34-38
• 3.3.1 CrN涂层的结合力分析34-35
• 3.3.2 CrN涂层的的韧性分析35-38
• 3.4 CrN涂层的磨损性能分析38-43
• 3.4.1 CrN涂层磨擦系数曲线38-40
• 3.4.2 CrN涂层的磨痕的三维形貌图40-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 CrN涂层电化学性能分析45-55
• 4.1 CrN涂层在 3.5wt.%NaCl中开路电位(OCP)-时间测试45-46
• 4.2 CrN涂层和基体在 3.5wt.%NaCl中交流阻抗分析46-50
• 4.3 CrN涂层在 3.5wt.%NaCl中动电位极化曲线分析50-51
• 4.4 CrN涂层在 3.5wt.%NaCl中腐蚀表面形貌分析51
• 4.5 CrN涂层在 3.5wt.%NaCl中腐蚀表面钝化膜成分分析51-53
• 4.6 本章小结53-55
• 第5章 结论55-57
• 参考文献57-65
• 致谢65

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