收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

脉冲偏压电弧离子镀氮化铬涂层的制备技术及性能

杨娟  
【摘要】: 过渡族金属氮化物涂层因为具有硬度和抗磨损性能优势,所以被广泛用作切削和成型工具表面改性,有效地降低各类零部件的机械磨损、化学腐蚀和高温氧化倾向,提高各种刀具、工模具等的耐磨性能、可靠性,延长其使用寿命。氮化物涂层的制备有多种方法,包括分子束外延生长、离子束辅助沉积、电弧离子镀、三极溅射和非平衡磁控溅射等。近几年研究证明,与已经得到广泛工业应用的TiN涂层相比,CrN涂层除了具有更高的硬度、更低的内应力、更好的韧性和耐磨性、更易厚膜化外,还具有比TiN更好的耐腐蚀性能和干式切削性能,而且在CrN体系中可以达到极高的沉积速率。另外,其工艺较易控制,有利于大批量的工业生产,更加具有实际意义,因此,CrN涂层是最有希望的TiN替代材料之一。 本文采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术在高速钢基体上制备出膜基结合良好、性能优异的CrN涂层,研究了CrN涂层的制备技术,并采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪、球-盘式摩擦磨损试验机、纳米划痕仪、原子力显微镜、表面粗糙度仪和电化学分析仪等检测手段,系统研究了脉冲偏压对CrN涂层的表面形貌、组织结构、力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能和干式切削性能的影响,并与TiN、TiAlN涂层的性能进行了对比研究,从理论上揭示了CrN涂层提高高速钢耐磨性能、耐腐蚀性能和干式切削性能的机理,还从理论上计算和探讨了脉冲偏压对电弧离子镀等离子鞘层电势分布的影响以及其对电弧离子镀所特有的大颗粒在鞘层中受力的影响。研究结果表明: 1、直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术是实现低温技术制备高质量CrN涂层的有效方法。所制得的CrN涂层结构致密,厚度约为2.4μm,与高速钢基体结合良好。当基体偏压为100V时,CrN涂层的综合性能最优异。 2、沉积条件直接决定得到的CrN涂层的表面质量和相结构。随着偏压的增加,CrN涂层生长速率降低,厚度减小;涂层表面颗粒逐渐变少,表面粗糙度降低,表面趋于平整;膜基结合力增强。各种条件下沉积的CrN涂层主要由Cr_2N相和CrN相组成,没有单质Cr相存在,随着偏压的增加,CrN涂层结晶度增大,晶粒尺寸增加;涂层的择优取向转变较大,并主要发生在CrN(211)、Cr_2N(110)和Cr_2N(220)方向上。 3、偏压对CrN涂层的硬度和摩擦学性能有决定性影响。随偏压增加,CrN涂层硬度先增加到2800HV左右,后减小;摩擦系数先增大到0.68左右,随后减小到偏压较小时的水平,比磨率呈相反变化趋势。测试结果表明,当偏压为100V时,CrN涂层硬度最高,耐磨性能最佳。随着摩擦速度和载荷的增大,CrN涂层的摩擦系数均小于HSS,而且呈减小趋势,CrN与GCr15摩擦副间所发生的摩擦以变形和微裂纹摩擦为主,所发生的摩损主要是磨粒磨损和表面疲劳磨损的贡献。 4、适当的脉冲偏压对电弧离子镀CrN涂层的耐蚀性能具有促进作用。随着偏压上升,CrN涂层的耐蚀性能先增加后降低,偏压为100V时的CrN涂层的耐蚀性能最好。CrN涂层的耐蚀性能优于镀覆TiN涂层的耐蚀性能,略低于TiAlN涂层。CrN涂层在NaCl溶液中的腐蚀以小孔腐蚀为主,同时存在缝隙腐蚀及电偶腐蚀,涂层中存在的贯穿涂层厚度的针孔或大颗粒等缺陷显著降低了涂层的耐腐蚀性能。细化晶粒、减少涂层中大颗粒及缝隙等缺陷可显著提高涂层的耐腐蚀性能。 5、干式钻削铝合金时,CrN涂层钻头钻削性能优于TiN、TiAlN涂层,明显优于未涂层高速钢钻头,在同等条件下,钻头钻孔个数为25个时,CrN涂层钻头没有粘着和剥落现象,CrN涂层高速钢钻头比TiN涂层、TiAlN涂层和未涂层高速钢钻头更适合钻削铝合金。随转速升高,CrN涂层钻头的钻削寿命均先增加后降低,转速为2230r/min时,钻削性能最佳。经钻削工艺参数优化后的CrN涂层钻头寿命是未涂层钻头的5倍。CrN、TiN涂层和未涂层高速钢的磨损以粘结为主,TiAlN涂层的磨损以涂层剥落和粘结为主,均属于物理过程。 6、理论计算结果表明:对于一定尺度的大颗粒,偏压越高,大颗粒受到的排斥力越大,即净化程度随偏压幅值提高而提高,颗粒半径越大,其受到的离子拖拽力和占主导地位的电场力均越大,从而从理论上证实了脉冲负偏压对大颗粒有明显净化作用的实验现象。 系统的研究结果表明,利用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀技术制备CrN涂层是提高刀具耐磨、切削、耐蚀性能的切实有效的方法。本论文对沉积高性能CrN涂层的工艺优化,有重要指导作用。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 姜小敏,凌志光,高桦;含尘流透平叶片涂层的气动冲蚀行为[J];燃气轮机技术;2002年02期
2 李健;王颖;高新蕾;;智能涂层——类生物表面活性智能涂层[J];材料保护;2006年01期
3 武勇斌;赫晓东;李军;;陶瓷隔热瓦表面SiO_2-B_2O_3-MoSi_2-SiB_4涂层的制备与性能研究[J];航天制造技术;2012年05期
4 丁一;章德铭;刘建明;鲁秋源;杨永琦;;高温可磨耗封严涂层研究进展[J];科技传播;2012年23期
5 杨忠林;硅对抑制涂层“氧化缺口”破坏的作用[J];材料工程;1994年03期
6 田军,薛群基;涂层表面能色散分量和极性分量对涂层与液体石蜡间润湿性的影响[J];石油与天然气化工;1998年02期
7 舒勇华,刘宏立,樊菁,崔季平,谢冲;四氧化二氮对卫星漫反射试片氟化镁涂层的污染和侵蚀[J];中国腐蚀与防护学报;2005年02期
8 齐祥安;;涂装涂层与其它涂层的组合及其质量控制[J];现代涂料与涂装;2010年09期
9 孙宝昌;李健民;;新型功能性涂层[J];粘接;2011年01期
10 王涛;叶卫平;程旭东;黄伟;马涛;王辉;;黑镍太阳能选择性吸收涂层的研制[J];武汉理工大学学报;2011年05期
11 王永光;倪自丰;陈国忠;陈安琪;苏永帅;赵永武;;涂层层数对硬脆涂层构件结合强度的影响[J];中国科学:技术科学;2012年10期
12 肖云峰;蒋驰;王术刚;税毅;杨帆;;氧化钽喷涂及涂层熔炼实验[J];热喷涂技术;2012年03期
13 林萱 ,唐电;双层结构钛阳极含铱涂层研究——配方和工艺对寿命的影响[J];材料开发与应用;1990年04期
14 但建明,陈康宁;影响电极表面形态及电性能因素的分析[J];氯碱工业;2000年11期
15 何继宁,李香芝,阎殿然,国军,冯文然,马永会,周立忠;等离子涂层摩擦磨损性能与机制探讨[J];天津理工学院学报;2002年04期
16 苏红军,赵旗,陈小平;水系锌铬膜涂层组成结构的研究[J];表面技术;2002年05期
17 Georg Erkens;应用于现代切削领域的先进高性能涂层[J];工具技术;2004年12期
18 吴彬;曲立杰;王颖慧;;稀土添加剂对电沉积磷酸钙涂层的影响[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2007年06期
19 欧俊;朱宏阳;陈显春;康云清;姚亚东;廖晓明;黄忠斌;尹光福;;钙镁橄榄石等离子涂层及其生物活性研究[J];稀有金属材料与工程;2008年S1期
20 徐中;王岳峰;仲强;王磊;徐文骥;;三维多粗糙峰涂层等效应力分析与表征[J];表面技术;2010年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张琼;蔡传荣;;钛阳极涂层溶蚀失效的研究[A];第三届全国扫描电子显微学会议论文集[C];2003年
2 王颖;顾卡丽;李健;;智能变色涂层及其应用[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
3 单凯军;余文莉;徐四清;;家电环保涂层表面性能检测的研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
4 李金桂;;无机富锌涂层的诞生和应用[A];第二届全国重防腐蚀与高新涂料及涂装技术研讨会论文集[C];2004年
5 王允夫;陈小英;王红玲;;高温合金抗热震涂层研究[A];中国硅酸盐学会搪瓷分会2003年学术研讨会论文集[C];2003年
6 刘建华;李兰娟;李松梅;;铝合金早期腐蚀预警光基敏感涂层的研制[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
7 林达仁;;梅雨期涂层表面泛白现象及其防治[A];中国电子学会生产技术学会第三届化工学术年会论文汇编(下)[C];1991年
8 庞佑霞;刘厚才;郭源君;;有机复合弹性涂层材料的抗磨蚀实验研究[A];第七届全国摩擦学大会论文集(二)[C];2002年
9 付前刚;李贺军;黄剑锋;史小红;史波;李克智;;炭/炭复合材料磷酸盐涂层的抗氧化性能研究[A];第19届炭—石墨材料学术会论文集[C];2004年
10 王兴原;苗晓;胡志强;光红兵;顾祥宇;;改善无取向硅钢环保涂层表面特性的方法研究[A];高性能电工钢推广应用交流暨第五次全委工作(扩大)会专题报告及论文[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蒲泽林;电热爆炸喷涂法制备亚微米晶涂层的研究[D];华北电力大学(北京);2005年
2 檀琳;非共价键合聚合物抗污涂层的制备及应用研究[D];中国科学技术大学;2015年
3 黄群武;耐候性太阳选择性吸收涂层的研究[D];天津大学;2007年
4 刘红兵;等离子复合渗技术制备氧化物阻氚涂层及其性能研究[D];南京航空航天大学;2010年
5 陈春燕;新型固相微萃取涂层的制备及其在环境分析中的应用[D];湖南大学;2013年
6 吴王平;<110>织构铱涂层结构与性能研究[D];南京航空航天大学;2013年
7 石永敬;镁合金表面磁控溅射沉积Cr基涂层的结构与特性研究[D];重庆大学;2009年
8 刘爱华;PVD氮化物涂层的高温摩擦磨损特性及机理研究[D];山东大学;2012年
9 江凡;铜合金基体上电沉积钨涂层及其性能研究[D];北京科技大学;2015年
10 马克娜;纯钛种植体表面壳聚糖/明胶功能性涂层的构建及性能研究[D];武汉大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王月;铝硅封严涂层热稳失效机理分析[D];天津大学;2009年
2 王辉;新型中高温太阳能选择性吸收涂层的制备与研究[D];武汉理工大学;2011年
3 安剑;物理气相沉积氮化铬涂层的制备及其摩擦学性能研究[D];西南交通大学;2007年
4 闵捷;氧化铝基陶瓷密封环涂层磨损性能研究[D];大连海事大学;2013年
5 郁金华;纳米氮化锆涂层腐蚀因素研究[D];中国石油大学;2008年
6 王天石;氧化铝防氚渗透涂层的制备和研究[D];华中科技大学;2011年
7 李博;铝制内燃机缸体内壁铁基涂层摩擦学特性的研究[D];沈阳工业大学;2014年
8 朱克群;涂层滚动轴承应力分析[D];吉林大学;2007年
9 孙坤;导热电绝缘耐火涂层及其在电炊具中的应用研究[D];昆明理工大学;2002年
10 谢能平;钼表面原位合成硅化物涂层的制备工艺与性能研究[D];湖南科技大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 赵志玲;带卷粉末涂层新技术[N];世界金属导报;2012年
2 赵艳涛 曹垒 陈刚 孙亚娜;沙钢无取向硅钢涂层调试改进工艺[N];世界金属导报;2014年
3 华凌;美开发出智能过滤涂层[N];科技日报;2012年
4 莫文铸;防止衣服变脏科学家研制超疏液材料[N];中国纺织报;2013年
5 ;建筑幕墙用铝塑复合板[N];中国建材报;2008年
6 王烁 王奇 陈运法;玻璃幕墙专用纳米自清洁涂层的研究[N];中国建材报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978