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《广东工业大学》 2005年
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电弧离子镀Ti-Cr-Ce-N系涂层的制备及性能研究

徐向荣  
【摘要】:本文采用电弧离子镀技术,选择Ti靶、Cr靶及Ti—Ce合金靶,通过调节Ti靶和Cr靶的阴极弧电流,在W6Mo5Cr4V2高速钢(HSS)基体表面成功地沉积了不同Cr含量的(TiCr)N涂层及(TiCrCe)N涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、划痕仪、热分析仪等技术和设备,研究了Cr含量对涂层的结构、力学性能(硬度、结合强度)、高温抗氧化性能的影响及Ce元素的添加对涂层结构和高温抗氧化性能的影响。 通过调节分离靶的阴极弧电流,控制靶材的蒸发量,制备了不同Cr含量的(TiCr)N涂层。在一定的阴极弧电流范围内,(TiCr)N涂层中的Cr含量与Cr/Ti弧流比呈二次曲线关系。(TiCr)N涂层主要由TiCrN相组成,当Cr含量增加到一定值时,涂层中出现CrN和Cr_2N相,这是因为Cr置换TiN中的部分Ti原子,当Cr的固溶度达到饱和时,其余的Cr则与N反应生成CrN或Cr_2N。(TiCr)N涂层的硬度、结合强度、致密度随着Cr含量的增加先升高后降低,这是由于涂层中Cr含量的变化引起相组成晶体结构、择优取向的改变及内应力的变化等因素造成的。(TiCr)N涂层的抗氧化性随Cr含量的增加而改善,高温下富Cr氧化层的形成是(TiCr)N涂层抗氧化性改善的主要原因。热分析实验表明,(Ti_(1-x)Cr_x)N(0.16≤X≤0.37)涂层的氧化热力学平衡温度均超过800℃,而且随Cr含量的增加,氧化热力学平衡温度升高。 在涂层中引入稀土元素Ce,可以改善涂层的表面形貌及性能,使涂层中的液滴减少,液滴尺寸变小,有利于提高涂层的致密度,提高膜基结合强度。稀土元素Ce的引入使TiN涂层(111)择优取向大大增强,同时TiN出现了(222)择优取向。Ce元素的加入使(Ti_(0.7)Cr_(0.3)Ce)N涂层具有更显著的(220)择优取向,但没有改变(Ti_(0.7)Cr_(0.3))N涂层的相结构。涂层的高温氧化和热分析实验结果表明,(Tice)N及(Ti_(0.7)Cr_(0.3)Ce)N具有比TiN、(Ti_(0.7)Cr_(0.3))N更好的高温抗氧化性,TiN、(TiCe)N、(Tl_(0.7)Cr_(0.3))N、(Ti_(0.7)Cr_(0.3)Ce)N四种涂层的氧化热力学平衡温度分别为:682℃、732℃、849℃和899℃,显示了稀土元素在耐热涂层中的巨大改性潜力。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG174.4

【引证文献】
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