（Ti，AI）N涂层组成相与性能的研究

发布时间：2017-09-27 03:03

  本文关键词：（Ti，AI）N涂层组成相与性能的研究

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【摘要】：利用物理气相沉积方法中的空心阴极离子束辅助多弧离子镀沉积技术,在高速钢W6Mo5Cr4V2表面沉积了(Ti,Al)N涂层；采用X射线衍射仪(XRD)、激光共聚焦显微镜(CLSM)分别检测和观察了涂层的物相及表面形貌,通过微纳米力学测试系统(UNMT-1 CETR)对涂层的摩擦系数、硬度、膜-基结合力进行了表征；对涂层的沉积机理、涂层的相组成与其力学性能关系等进行了研究；探讨了靶材成分对(Ti,Al)N涂层的相组成、表面质量及力学性能的影响。研究结果表明,通过对Ti-Al-N系各物相的热力学及力学基本数据的分析及计算,非平衡相Ti1-xAlxN为涂层中综合力学性能影响较大的物相,三元物相中Ti3AlN和AlTi3N最易生成,由于PVD过程为非平衡状态,采用其方法在本实验条件下制取的涂层主要物相由Al溶入TiN为基而形成的Ti1-xAlxN和AlTi3N构成。沉积层中Ti1-xAlxN相的数量随着Al含量的增加先增后减,50%Al时比例最高,此时制得的涂层具有最优异的综合性能,检测到沉积层的表面粗糙度0.3188,摩擦系数0.6074,硬度值34.19GPa,膜-基结合力37.5N。空心阴极离子束辅助多弧离子镀沉积(Ti,Al)N涂层,有利于形成结晶细小致密、连续的膜层；离子束轰击基体提高温度的同时也促进了“混合界面”的生成,从而提高了涂层-基体间结合力；离子束对多弧作用产生的粒子有附加的轰击和碎化作用,提高了粒子离化效果,显著减少了涂层中“大颗粒”现象,涂层的摩擦系数和表面形貌得到明显改善。(Ti,Al)N涂层试样在大气氛围中加热至800℃时涂层仍然保持良好的力学性能和表面形貌,物相没有发生改变,体现出Ti1-xAlxN和AlTi3N具有优异的热稳定性能。
【关键词】：(TiAl)N涂层 离子束辅助沉积 相组成 大颗粒
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-18
• 1.1 引言6
• 1.2 物理气相沉积技术6-10
• 1.2.1 多弧离子镀7-8
• 1.2.2 空心阴极离子镀8-9
• 1.2.3 离子束辅助沉积技术9-10
• 1.3 (Ti,Al)N涂层的特点及应用10-15
• 1.3.1 Ti-Al-N系稳定三元物相10-12
• 1.3.1.1 AlTi_3N/Ti_3AlN11
• 1.3.1.2 Ti_2AlN/Ti_4AlN_311-12
• 1.3.2 TiN-AlN系物相12-14
• 1.3.3 (Ti,Al)N涂层的应用14-15
• 1.4 (Ti,Al)N涂层主要问题15-16
• 1.4.1 涂层物相和性能的问题15
• 1.4.2 PVD涂层中的大颗粒污染问题15-16
• 1.5 选题意义、主要研究内容及研究路线16-18
• 1.5.1 选题意义16
• 1.5.2 研究内容及路线16-18
• 第二章 (Ti,Al)N涂层的制备与表征18-24
• 2.1 涂层实验设备18-19
• 2.2 (Ti,Al)N涂层制备19-21
• 2.2.1 涂层制备原理19
• 2.2.2 基体选择及前处理19
• 2.2.3 涂层制备工艺19-20
• 2.2.4 涂层热处理工艺20-21
• 2.3 (Ti,Al)N涂层表征21-22
• 2.3.1 XRD物相检测21
• 2.3.3 涂层微观形貌检测21
• 2.3.4 涂层硬度测定21-22
• 2.3.5 涂层与基体结合力测定22
• 2.3.6 涂层摩擦性能测定22
• 2.4 本章小结22-24
• 第三章 (Ti,Al)N涂层中相组成分析24-29
• 3.1 Ti-Al-N系物相热力学及力学特性分析24-27
• 3.2 涂层物相组成分析27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第四章 (Ti,Al)N涂层力学性能、表面形貌及耐热性的分析研究29-45
• 4.1 工艺条件对(Ti,Al)N涂层性能的影响29-40
• 4.1.1 靶材比例对(Ti,Al)N涂层性能的影响29-35
• 4.1.1.1 涂层硬度分析29-30
• 4.1.1.2 涂层表面粗糙度与摩擦系数30-33
• 4.1.1.3 涂层结合力分析33-35
• 4.1.2 空心阴极对(Ti,Al)N涂层的影响35-40
• 4.1.2.1 对物相组成的影响35-37
• 4.1.2.2 空心阴极对表面形貌及摩擦性能的影响37-39
• 4.1.2.3 空心阴极对结合力的影响39-40
• 4.2 涂层的耐高温性能40-43
• 4.2.1 涂层表面形貌分析40-41
• 4.2.2 物相分析41-42
• 4.2.3 涂层硬度分析42
• 4.2.4 涂层耐高温性能分析42-43
• 4.3 本章小结43-45
• 第五章 结论45-46
• 致谢46-47
• 参考文献47-52
• 作者简介52
• 攻读硕士学位期间研究成果52-53

【参考文献】

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本文编号：927236