電弧離子鍍TiN薄膜的制備及其特性研究.pdf

1、氮化鈦薄膜是二十世紀(jì)八十年代以來發(fā)展最快的硬質(zhì)薄膜，它可以成倍地提高切削刀具和模具的壽命，改善加工表面質(zhì)量，減少摩擦系數(shù)，降低切削刃部的升溫，而且允許切削速度大幅度增加的同時能獲得很好的加工精度和效率，在機械加工行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。電弧離子鍍由于沉積溫度低、殘余應(yīng)力小、以及離子能量高、離化率高、膜層致密、附著力強等優(yōu)點，是目前PVD沉積方法里應(yīng)用最為廣泛的沉積技術(shù)。 本文采用直流疊加脈沖偏壓電弧離子鍍在不銹鋼、45鋼和高速鋼表

2、面沉積了TiN薄膜，研究了薄膜的厚膜化技術(shù)，并且研究了退火工藝對薄膜硬度、內(nèi)應(yīng)力、晶體結(jié)構(gòu)和耐磨性等的影響；研究了多種工藝參數(shù)對厚膜化薄膜的硬度、結(jié)合強度、表面形貌等的影響；采用瑞士CSM公司生產(chǎn)的微動摩擦磨損試驗機對薄膜進行了干式摩擦和在有潤滑油條件下的摩擦學(xué)行為研究，并且研究了法向載荷、旋轉(zhuǎn)速率、磨損距離等實驗參數(shù)對摩擦學(xué)特性的影響；探討了薄膜在兩種介質(zhì)中的摩擦磨損機理；比較了薄膜在兩種介質(zhì)中相同條件下的耐磨性；研究了低溫沉積TiN

3、涂層刀具在切削不同材料時的切削性能：利用掃描電鏡(SEM)、電子能譜(EDS)、X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、維氏硬度計、表面輪廓儀和金相顯微鏡(OE)對薄膜進行了微觀分析，獲得的結(jié)論主要有以下幾點： 1.氮氣流量和基體負偏壓能優(yōu)化氮化鈦晶粒和減少薄膜中的缺陷，使膜層變得更致密，增加氮氣流量和提高基體負偏壓薄膜的硬度均先增加后減小，在氮氣流量為120sccm、直流負偏壓為-100V和脈沖偏壓為500V時硬度達

4、最大值，并且此時薄膜與基體的結(jié)合強度較大； 2.在空氣中干摩擦狀態(tài)下，TiN薄膜的摩擦系數(shù)和磨損量與法向載荷、旋轉(zhuǎn)速率等有關(guān)，隨著法向載荷和旋轉(zhuǎn)速率的增大，薄膜的摩擦系數(shù)均減小而磨損量增大；而在潤滑油介質(zhì)中摩擦系數(shù)和磨損量變化很小或不顯著； 3.在空氣中干摩擦狀態(tài)下，當(dāng)TiN薄膜與GCr15配副時其磨損主要體現(xiàn)為磨料磨損、氧化磨損和粘著磨損；而在潤滑油介質(zhì)中，對偶件和薄膜的磨損都遠小于干摩擦狀態(tài)下，在摩擦界面處形成了一層