用Al_2O_3/Tin双联沉积工艺改善铝合金在重载条件下的摩擦性能

【摘要】：铝合金作为最重要的轻合金已广泛用于制造业,它具有一系列优越的物理、力学和工程性能:如比强度高,优良的导电及导热率,易于成形和加工,抗大气腐蚀能力强等优点。当然它亦表现出某些不足之处,例如其表面硬度较低,从而导致其耐磨性能较差,为改善其耐磨性,常采用表面沉积陶瓷膜层技术以提高其硬度,常用的气相沉积技术如物理气相沉积(PVD Physical vapour deposition) 化学气相沉积(CVD Chemical vapour deposition),物理化学气相沉积(PCVD Physical chemical vapour deposition)或物理辅助化学气相沉积(PACAD Plasma assisted chemical vapour deposition)以及离子增强化学气相沉积(PECVD Plasma enhanced chemical vapour deposition)。* 气相沉积法可在工件表面生成1-10μm的陶瓷膜如TiN,CrN、BN,WN 等,膜层硬而薄,致密光滑,摩擦系数低,适合于在低表面载荷情况下工作。另一种是液相沉积技术,如微等离子体氧化技术(MPO Microplasma oxidation),此法是在特定成份电解液中通过微等离子体放电在工件表面沉积30-200μm(或更厚)的Al2O3 膜层,此膜层硬而厚,承载能力强,但较粗糙,摩擦系数高,适宜于在润滑条件下工作。 本研究的目的是开发一种新的MPO/PVD 双联沉积工艺,在铝合金表面形成Al_2O_3/TiN 复合陶瓷层,此复合层既具有承载能力强的优点,又具有摩擦系数低,减磨、耐磨的特点。本研究对扩大铝合金的应用范围有理论意义和实用价值。本研究的创新点如下: ①提出了MPO/PVD 双联沉积工艺的设想,并成功地制备出了Al_2O_3/TiN 复合陶瓷层,该复合层承载能力高于单一沉积层,在干摩擦及润滑条件下服役均较理想。 ②研究了MPO 工艺沉积参数与膜层孔隙率的关系,同时提出了控制膜层孔隙率的方法,为获得优质Al_2O_3 膜层提出了理论依据及具体方法。 ③研究了在MPO 工艺形成的Al_2O_3 绝缘层上用PVD 工艺沉积TiN 层的技术并获得了结合良好的界面。 本研究的其它重要工作还包括: ①探明了MPO 工艺电解液成份及操作参数与膜层厚度、硬度,生长速度等的关系,对膜层颗粒微观结构的影响,同时提出了获得高质量膜层的临界参数概念,为实现过程控制奠定了基础。