反应等离子合成纳米晶TiCN涂层的研究

发布时间：2017-05-29 05:06

  本文关键词：反应等离子合成纳米晶TiCN涂层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究采用反应等离子喷涂的方法成功制备出纳米晶TiCN涂层,同时对实验所用碳源和喷涂工艺参数进行了优化。采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫瞄式电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)等检测技术对TiCN涂层的物相组成,显微结构,组织形貌进行了表征;同时对优化后工艺涂层的力学性能进行了测试。主要研究内容和结果如下:采用石墨和炭黑为碳源,利用喷雾造粒的方法制备喂料,通过对两种喂料的差热实验分析可知:石墨和炭黑与Ti的初始反应温度分别为1151.7oC、1096oC,石墨与钛的完全反应温度较低,为1524.7oC,以石墨为碳源制备的涂层碳含量较高,C/N比例为7:3;采用三种不同粒径的石墨制备涂层,随着石墨粒径的减小涂层主相由TiC0.2N0.8变成了TiC0.7N0.3,涂层的致密度随石墨粒径的减小而提高;采用了Weibull分布的方法对涂层的硬度进行了分析:粒径为5μm的石墨制备的涂层显微硬度分散性小,平均显微硬度高,为1399 HV0.2。采用正交实验的方法对喷涂工艺参数进行了优化,得到制备TiCN涂层优化的喷涂工艺参数为:电流500 A,N2流量60 L/min,喷涂距离为100 mm。对涂层的微观结构进行了分析,结果表明:涂层各层之间结合良好,涂层的主相单一,为TiC0.7N0.3,涂层中含有少量的氧化物,并且在(111)(200)两个晶面呈强烈的择优取向;通过XPS结果分析进一步确定了涂层的成分为TiCN,同时证实了涂层中游离石墨相的存在,并且可能存在硬质CN相;由TEM结果分析发现涂层晶粒尺寸在60~100nm之间,涂层为纳米晶涂层,另外涂层中分布着大块非晶相。对优化工艺后涂层的力学性能进行了测试,涂层具有高的硬度1674 HV0.1,与基体的结合强度较高,为26.7 MPa;通过与TiN涂层的耐磨性进行对比发现:TiCN的耐磨性能优异,同时分析了涂层磨损机理表明:在磨损过程中随着载荷的增加,涂层的磨损机理由微切削和犁耕等变为断裂磨损;另外通过线扫描分析可得在磨损过程中发生了粘着磨损,由于摩擦热的影响,涂层在磨损过程中发生了高温氧化。
【关键词】：TiCN 反应等离子喷涂 纳米晶 耐磨性
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 材料的表面技术10-12
• 1.1.1 电化学沉积10-11
• 1.1.2 气相沉积11
• 1.1.3 热喷涂技术11-12
• 1.2 自蔓延反应喷涂技术12
• 1.3 TiCN涂层的研究现状12-13
• 1.4 开题思路和意义13-14
• 1.5 研究内容14-16
• 第二章 实验材料及方法16-24
• 2.1 实验材料16-18
• 2.2 涂层制备工艺18-20
• 2.2.1 喷涂设备18
• 2.2.2 基体预处理18-19
• 2.2.3 喷涂工艺的优化19-20
• 2.3 喂料差热分析20
• 2.4 涂层的表征方法及检测样品的制备20-21
• 2.4.1 扫描电镜分析21
• 2.4.2 X射线衍射分析21
• 2.4.3 X射线光电子谱分析21
• 2.4.4 透射电子显微镜分析21
• 2.5 涂层力学性能测量21-24
• 2.5.1 显微硬度与压痕21-22
• 2.5.2 涂层结合强度22
• 2.5.3 摩擦磨损性能22-24
• 第三章 制备TiCN涂层碳源及工艺优化24-38
• 3.1 碳源的选择24-29
• 3.1.1 喂料差热实验分析24-26
• 3.1.2 TiCN组织和物相分析26-29
• 3.2 制备TiCN涂层石墨粒径的选择29-34
• 3.2.1 石墨粒径对涂层主相的影响29-32
• 3.2.2 TiCN涂层硬度的Weibull分布32-34
• 3.3 喷涂工艺优化34-36
• 3.3.1 实验参数选择34
• 3.3.2 基于显微硬度作为参考标准的工艺优化34-36
• 3.4 小结36-38
• 第四章 TiCN涂层的微观结构表征及力学性能测试38-54
• 4.1 涂层表征38-44
• 4.1.1 TiCN组织结构观察38-40
• 4.1.2 涂层的相组成分析40
• 4.1.3 涂层的晶粒形貌分析40-41
• 4.1.4 涂层的X射线光电子谱分析41-43
• 4.1.5 涂层的透射分析43-44
• 4.2 TiCN涂层力学性能分析44-52
• 4.2.1 涂层显微硬度分析44-45
• 4.2.2 显微压痕形貌的分析45-46
• 4.2.3 结合强度46-47
• 4.2.4 摩擦磨损性能分析47-52
• 4.3 小结52-54
• 第五章 结论54-56
• 参考文献56-60
• 科研成果60-62
• 致谢62-63

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李喜坤,邱关明,修稚萌,孙旭东,严长浩,代少俊;Oxidation of Al_2O_3-30%TiCN-0.2%Y_2O_3 Composite[J];Journal of Rare Earths;2005年03期

2 许俊华;曹峻;喻利花;;磁控溅射制备TiCN复合膜的微结构与性能[J];中国有色金属学报;2012年11期

3 曹峻;许俊华;喻利花;;TiCN/VCN多层膜的力学和摩擦磨损性能[J];粉末冶金材料科学与工程;2013年01期

4 李争显,于振涛,周颖刚;钛及钛合金表面沉积TiCN膜层[J];钛工业进展;1997年03期

5 ;具有纳米针状晶粒结构的Nanolock TiCN涂层[J];航空制造技术;2010年11期

6 许崇海,艾兴,黄传真,邓建新;Strengthening and Toughening Effect of Yttrium on Al_(2)O_(3)/TiCN Ceramic Tool Material[J];Journal of Rare Earths;2000年01期

7 何英;;碱蒸馏分离-酸碱滴定法测定TiCN基合金及其原料中氮[J];粉末冶金技术;2011年01期

8 李喜坤;邱关明;丘泰;赵海涛;白华;孙旭东;;Synthesis of Al_2O_3/TiCN-0.2%Y_2O_3 Composite by Hot Pressing[J];Journal of Rare Earths;2007年03期

9 ;LASER CLADDED TiCN COATINGS ON THE SURFACE OF TITANIUM[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2007年03期

10 李争显,于振涛,周颖刚,张利红,于领环;钛及钛合金表面沉积TiCN膜层的工艺[J];中国有色金属学报;1998年S2期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 章晓波;刘宁;荣春兰;周军;;Mo含量对TiCN金属陶瓷显微组织的影响[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年

2 彭瑛;彭志坚;任小勇;王成彪;付志强;齐龙浩;苗赫濯;;纳米AlN颗粒对TiCN基金属陶瓷的结构和力学性能的影响[A];第十七届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2012年

3 单磊;李金龙;王永欣;陈建敏;;TiN、TiCN和CrN涂层海水环境摩擦学性能研究[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年

4 眭剑;吕晋军;;氯化刻蚀TiCN制备含氮碳材料[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2009学术交流会论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王会强;铝合金表面磁控溅射ZrN、TiN、TiCN彩色纳米薄膜工艺的研究[D];河北农业大学;2014年

2 陈响明;硬质合金刀具TiN-TiCN-Al_2O_3-TiN多层复合涂层制备与组织性能研究[D];中南大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 米鹏博;反应等离子合成纳米晶TiCN涂层的研究[D];河北工业大学;2015年

2 佟志远;激光诱导制备TiCN/SiO_2生物涂层及其体外活性研究[D];东北大学;2012年

3 余冬梅;激光熔覆Stellite6/TiCN复合涂层的组织及性能研究[D];兰州理工大学;2014年

4 张利;反应氮弧熔覆TiCN金属陶瓷涂层的耐磨性[D];河北农业大学;2014年

5 张博;反应电火花沉积TiCN金属复合涂层研究[D];河北农业大学;2010年

6 刘野;电弧离子镀与磁控溅射复合制备TiCN涂层的研究[D];天津师范大学;2013年

7 钟华生;钛合金表面多弧离子镀TiCN薄膜的结构及摩擦磨损性能研究[D];江西理工大学;2014年

8 曹峻;TiVCN复合膜与TiN/VCN，，TiCN/VCN多层膜的性能研究[D];江苏科技大学;2012年

9 彭佳;AZ31镁合金表面磁控溅射制备TiCN及其复合薄膜的耐腐蚀性能研究[D];重庆大学;2014年

10 杜锦锦;TiN、TiCN涂层对牙科纯钛耐腐蚀性能的影响[D];第二军医大学;2011年

  本文关键词：反应等离子合成纳米晶TiCN涂层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：404190