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电弧离子镀深管内壁硬膜沉积研究

王文涛  
【摘要】: 从上世纪70年代TiN薄膜成功地用于刀具、钻头等工具使其寿命明显提高开始,硬质薄膜制备技术就受到人们充分的重视。经过近几十年的发展,外表面硬质薄膜技术已经取得了长足的进步,大大促进了工业自动化的发展,带来了很好的经济效益。但是,在生产实践中以内表面为工作面的工件并不比以外表面为工作面的工件少,如发动机的缸筒、运输管道、离子加速管、炮筒等。这些工件经常因内壁磨损、腐蚀等形式遭到破坏,因此在管材内壁上沉积耐腐蚀、耐磨、耐高温的薄膜具有重要的意义。但是目前在国内外的刊物上很少见到相关的研究报道,因此发展内壁镀膜技术是一项十分紧迫的任务。 本课题组先期已经对深管内壁沉积硬质薄膜技术做了初步的开发研究,取得了一些可贵的基础数据。本论文将在此基础上,对规格为Φ50mm×200mm×5mm的盲管(论文中简称盲管)和Φ50mm×300mm×5mm的通管(论文中简称通管)进行内壁沉积TiN薄膜的深入研究实验。本实验设计了引入高温永磁体磁场来约束等离子体,使管内部等离子体密度增加,进而提高沉积速率。并对获得的薄膜进行膜厚、XRD、SEM、硬度等方面的检测分析。 检测结果表明,通管和盲管在全管段范围内都得到纯正的TiN薄膜,管内各深度薄膜的纳米硬度均在标准纯TiN的20 GPa以上;微米硬度也按照20 GPa划分,深管内壁薄膜沉积的衍深度(即镀膜深度与管口径之比)可达2.0。 通过薄膜厚度的测量,可以算出盲管在150mm处沉积速率达到了≥0.45μm/h;通管在150mm处的沉积速率更是达到了≥0.84μm/h XRD结果表明,实验所得薄膜均为纯正TiN薄膜,且具有一定的择优取向,随着管深度的增加,由(111)择优逐渐转向了(220)择优。 最后,本文还应用获得最大衍深度的沉积工艺在铜管剥皮模具内孔沉积硬质改性涂层使模具寿命大大提高,和在质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面沉积CrN薄膜,使极板异形沟槽内部也保证镀膜致密均匀,使双极板导电性能大大提高,同时也提高了耐蚀性能,取得了很好的综合性能。


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