Al-Sn-Cu汽車軸瓦耐磨涂層的制備與研究.pdf

1、為滿足軸瓦工作性能要求,軸瓦材料逐漸由單層合金向多層復(fù)合發(fā)展,其中軸瓦涂層對軸瓦性能的大幅提高起著重要的作用。目前軸瓦涂層主要分為電鍍涂層和磁控濺射涂層。電鍍涂層中由于多含有 Pb,使整個生產(chǎn)工藝具有高污染的缺點(diǎn),雖然出現(xiàn)無Pb鍍層的研究,可是電鍍涂層在抗磨損和抗疲勞方面仍低于濺射涂層。現(xiàn)階段磁控濺射涂層,多是用單合金濺射,生產(chǎn)成本高,濺射過程中由于不同合金元素的濺射功率有差異,易出現(xiàn)部分元素缺失或者含量減少,使制備的涂層組分與合金靶材

2、組分不一致,可控性較差,制約了濺射涂層的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。
　　本文通過FJL560D2型超高真空磁控與離子束多功能濺射鍍膜設(shè)備制備Al-Sn-Cu耐磨涂層。使用純度均為99.99％的Al、Sn和Cu作為靶材,三靶共濺制備Al-Sn-Cu耐磨涂層,濺射過程中每個靶材的濺射功率可以獨(dú)立調(diào)節(jié),對涂層成分進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。在制備Al-Sn-Cu耐磨涂層中,分別分析研究了濺射氣壓為0.5Pa、1.0Pa和1.5Pa,濺射時間為2h、3h和5h

3、,濺射功率比為2:1、3:1和4:1等制備工藝條件以及不同后期熱處理條件。通過XRD、AFM、SEM等對涂層的組織結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行分析;通過HX-1000型顯微硬度計、WS-2005涂層附著力自動劃痕儀、CHI電化學(xué)分析儀等設(shè)備對涂層的力學(xué)性能和耐腐蝕性能進(jìn)行分析,揭示濺射工藝參數(shù)對涂層組織和性能的影響。通過調(diào)節(jié)不同靶材的濺射功率的,研究不同濺射功率比對涂層中元素原子數(shù)百分含量,實現(xiàn)在濺射過程中涂層成分的可控。通過調(diào)節(jié)在涂層中加入Cu

4、元素的含量,可以使Al-Sn-Cu耐磨涂層的硬度比AlSn涂層的硬度有顯著提高,提高了涂層的使用載荷與耐磨性。
　　隨著濺射氣壓增加,涂層表面顆粒尺寸逐漸降低,涂層表面均勻性增加,涂層硬度先減小后增大,當(dāng)濺射氣壓為1.0Pa時涂層硬度最低,涂層耐腐蝕性能先大幅降低后緩慢增加。隨著濺射時間的增加,涂層硬度逐漸降低。通過調(diào)節(jié)濺射過程中AlSn功率比發(fā)現(xiàn),隨著AlSn功率比的增加,涂層結(jié)晶程度增加,在AlSn濺射功率比值較低時,Al-S

5、n-Cu涂層硬度較高。不同熱處理條件對涂層的組織和性能影響較大,濺射過程中直接基底加熱能夠有效提高涂層的結(jié)晶強(qiáng)度并且降低涂層的硬度,而對涂層進(jìn)行真空退火能夠明顯改善涂層與基底的結(jié)合力。Al-Sn-Cu涂層中,Al原子以立方緊密堆積,Sn在涂層中以α-Sn相存在,Sn原子以正方緊密堆積,Cu原子以立方緊密堆積。另外研究表明,工藝參數(shù)的調(diào)整并未使 Al-Sn-Cu涂層結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化。涂層顆粒的生長過程與基底材料有一定的關(guān)聯(lián),純Cu的基底材