熱陰極離子鍍制備CrNx薄膜及抗氧化性能研究.pdf

1、金屬切削是零件成型的最主要加工手段之一，在制造業(yè)中占有十分重要的地位。近年來，隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是高速切削和干切削技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對刀具的要求也明顯提高，由于刀刃與加工材料接觸面產(chǎn)生大量切削熱，刀具刃部散熱困難，熱磨損或氧化磨損嚴(yán)重，故使得材料加工精度降低。為了修復(fù)刀具與延長刀具壽命，可以用物理氣相沉積技術(shù)在刀具表面鍍硬質(zhì)薄膜。 本論文系統(tǒng)研究了熱陰極離子鍍技術(shù)制備CrNx硬質(zhì)薄膜的抗氧化性能。采用國產(chǎn)XH-830型熱陰

2、極離子鍍膜機(jī)，在GCr15軸承鋼和YG6硬質(zhì)合金表面制備CrNx薄膜，并對薄膜做不同溫度的氧化實(shí)驗(yàn)，對不同氧化溫度下薄膜的相結(jié)構(gòu)、成分、斷口形貌進(jìn)行了分析，還分析了薄膜的力學(xué)性能及抗氧化性能，最后探索了CrNx抗氧化機(jī)理。 研究結(jié)果表明：用熱陰極離子鍍技術(shù)能夠制備出CrNx硬質(zhì)薄膜，XRD分析得到CrNx薄膜由Cr2N和Cr組成。在不同的氧化溫度下相結(jié)構(gòu)不同：在400℃時出現(xiàn)低溫相Cr23C6，高于400℃時分解；在500℃時出

3、現(xiàn)CrN相；溫度大于679℃時CrN可以轉(zhuǎn)化成Cr2N，CrN相消失，同時產(chǎn)生了氧化物Cr2O3；溫度在700～800℃之間，沒有新相產(chǎn)生。 通過XPS對不同氧化溫度下薄膜成分的化合價態(tài)和相對含量的分析表明：隨氧化溫度的升高依次產(chǎn)生Cr-O、N-O鍵，Cr-O分別來自Cr2O3和CrO3，但XRD未檢測到CrO3。CrN向Cr2N和Cr2O3轉(zhuǎn)變都會釋放N2，使O的相對含量升高，N的相對含量降低。在400～600～℃間，Cr、O

4、比逐漸降低；650～750℃之間，Cr、O比接近1：1．5，接近Cr2O3的化學(xué)計量，表明形成完整的Cr2O3氧化膜。 掃描電鏡斷口分析表明：薄膜的厚度約為4μm，膜層呈柱狀晶，膜-基界面清晰，結(jié)合處連續(xù)。650℃時試樣表面平整且沒有大量的凹坑，膜層呈細(xì)柱狀晶；700、750℃，膜層表面產(chǎn)生約0．3μm和0．6μm的氧化層，膜層晶粒長大呈粗柱狀晶，750℃時膜層內(nèi)開始產(chǎn)生孔洞；800℃時產(chǎn)生較多的孔洞，薄膜保護(hù)作用很小。