几种氮化物涂层高温磨损性能研究

发布时间：2017-10-05 04:14

  本文关键词：几种氮化物涂层高温磨损性能研究

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【摘要】：本文采用磁控反应溅射技术在304不锈钢基材表面分别制备了多种氮化物涂层(TiN涂层、TiAlN涂层、TiAl SiN涂层及不同Ag含量的TiAlAgN涂层),使用高温摩擦磨损试验机分别对各涂层进行了摩擦磨损实验,运用扫描电子显微镜(SEM),场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射(XRD),能谱分析仪(EDS),显微硬度计,3D立体显微镜对各涂层磨损前后的表面形貌、截面形貌、微观结构、组成成分、涂层硬度、涂层磨损后的磨损形貌深度进行了观察和分析,研究了TiN涂层、TiAlN涂层、TiAlSi N涂层分别在不同磨损温度(室温、200℃、400℃和600℃)下的磨损性能及其磨损机理,以及不同Ag含量对TiAlAgN涂层的高温磨损性能的影响。获得的主要研究结果如下:研究了TiN涂层、TiAlN涂层、TiAlSiN涂层分别在不同磨损温度下的高温耐磨性能及磨损机理。这三种涂层的表面均较为致密,均为柱状晶结构,随着Al、Si元素的加入,其结构更加致密,晶粒尺寸变小。随着磨损温度从室温提高到600℃,TiN涂层的摩擦系数和磨损体积先减小后增大,TiN涂层在200℃时有较好的磨损性能。TiN涂层在各磨损温度下的磨损机制分别主要为磨粒磨损、磨粒磨损、磨粒磨损及氧化磨损。TiAlN涂层的摩擦系数和磨损体积先减小后增大,其磨损性能先升高后降低,TiAlN涂层在400℃磨损温度下的磨损性能最好。TiAlN涂层在各磨损温度下的磨损机制分别主要为磨粒磨损、磨粒磨损、磨粒磨损及少量的氧化磨损、氧化磨损及少量的磨粒磨损。TiAlSiN涂层的摩擦系数和磨损体积随着磨损温度升高均逐渐减小,其磨损性能逐渐提高,TiAlSiN涂层的磨损机制分别为磨粒磨损、磨粒磨损、氧化磨损及少量的磨粒磨损、氧化磨损。研究了TiN涂层、TiAlN涂层、TiAlSiN涂层在相同磨损温度下的磨损性能。在室温,200℃,400℃和600℃磨损条件下,TiN涂层、TiAlN涂层和TiAlSiN涂层的摩擦系数和磨损体积依次逐渐减小,其磨损性能依次增高,在600℃磨损温度下,TiAlSiN涂层的摩擦系数和磨损体积都有最小值分别为0.2和0.0136mm3,TiAlSiN涂层在600℃高温磨损条件下耐磨性能最好。研究了不同Ag含量对TiAlAgN涂层的高温磨损性能的影响。随着TiAlAgN涂层中的Ag含量从0at.%增加到21.38at.%,涂层分别在室温,200℃,400℃及600℃磨损条件下的摩擦系数和磨损体积都是依次减小的,涂层的耐磨性能升高,其中在磨损温度为400℃时TiAlAgN涂层的耐磨性能最佳,21.38at.%Ag含量的TiAlAgN涂层有最小摩擦系数为0.23。随着Ag含量的增加,在室温和200℃磨损温度下涂层的磨损机理分别主要为磨粒磨损,400℃磨损条件下涂层的磨损机理分别主要为磨粒磨损及少量的氧化磨损,磨粒磨损,磨粒磨损,在600℃磨损温度下涂层的磨损机理都为氧化磨损。
【关键词】：氮化物涂层 磁控反应溅射 高温磨损性能 磨损机理
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.444
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 氮化物涂层的研究背景10-12
• 1.3 氮化物涂层的制备方法12-15
• 1.3.1 化学气相沉积12
• 1.3.2 物理气相沉积12-15
• 1.4 论文研究目的、意义及其内容15-17
• 1.4.1 本论文研究目的及意义15
• 1.4.2 本论文研究内容15-17
• 第2章 实验方法17-21
• 2.1 实验材料17
• 2.2 实验设备17-18
• 2.3 涂层制备的工艺参数18-19
• 2.4 涂层结构及其性能测试19-21
• 2.4.1 涂层的表面形貌分析19
• 2.4.2 涂层的截面形貌分析19
• 2.4.3 涂层的XRD分析19
• 2.4.4 涂层的能谱分析19
• 2.4.5 涂层硬度的测量19
• 2.4.6 涂层摩擦学性能的测试19-20
• 2.4.7 涂层磨损体积的计算20-21
• 第3章 不同氮化物涂层的高温磨损性能分析21-35
• 3.1 引言21
• 3.2 实验结果及分析21-34
• 3.2.1 涂层成分分析21-22
• 3.2.2 涂层的表面形貌分析22
• 3.2.3 涂层的截面形貌分析22-23
• 3.2.4 涂层硬度23
• 3.2.5 涂层的高温磨损性能分析23-34
• 3.3 本章小结34-35
• 第4章 相同磨损温度下氮化物涂层的高温磨损性能35-45
• 4.1 引言35
• 4.2 实验结果及分析35-43
• 4.2.1 室温磨损条件下涂层的磨损性能35-37
• 4.2.2 200℃磨损条件下涂层的磨损性能37-39
• 4.2.3 400℃磨损条件下涂层的磨损性能39-41
• 4.2.4 600℃磨损条件下涂层的磨损性能41-43
• 4.3 本章小结43-45
• 第5章 Ag含量对TiAlN涂层高温磨损性能的影响45-63
• 5.1 引言45
• 5.2 实验结果及分析45-61
• 5.2.1 涂层成分分析45-46
• 5.2.2 涂层的表面形貌分析46
• 5.2.3 涂层的截面形貌分析46-47
• 5.2.4 涂层的XRD分析47-48
• 5.2.5 涂层的硬度48
• 5.2.6 涂层的高温磨损性能48-61
• 5.3 本章小结61-63
• 第6章 结论63-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士期间发表的论文71-72
• 致谢72-73

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