反應(yīng)濺射形成氮化鈦復(fù)合滲鍍層耐磨耐腐蝕性能的研究.pdf

1、TiN涂層因具有高硬度、低摩擦系數(shù)、高粘著強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的導(dǎo)電性和與鋼鐵材料的熱膨脹系數(shù)相近等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、材料、化工、電子、冶金、航空航天等領(lǐng)域。特別是被用作高質(zhì)量的切割工具，抗磨粒、磨蝕和磨損部件的表面工程材料。目前制備TiN涂層的主要方法有：化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)、離子束輔助沉積法(IBAD)等。 本研究課題針對上述幾種制備TiN涂層方法

2、現(xiàn)存的問題，進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。其基本思路是：利用輝光放電中的濺射現(xiàn)象、Ti絲的尖端放電和輔助陰極之間的空心陰極效應(yīng)，并通入一定比例氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w，在碳鋼表面一次性合成TiN復(fù)合滲鍍層。整個(gè)復(fù)合滲鍍層成分、硬度和結(jié)構(gòu)均呈梯度分布，滲鍍層與基體的膜基結(jié)合力好，內(nèi)應(yīng)力小。該技術(shù)能夠在基體表面形成所需厚度、結(jié)合強(qiáng)度極佳的復(fù)合滲鍍層。同時(shí)具有節(jié)約貴金屬，節(jié)省能源、無公害，可大面積處理和表面合金成分可控等顯著優(yōu)點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保技術(shù)。 在

3、TiN復(fù)合滲鍍層基礎(chǔ)上進(jìn)行PVD沉積薄膜，形成TiN復(fù)合滲鍍層+TiN或TiN復(fù)合滲鍍層+TiB2或TiN復(fù)合滲鍍層+TiN+TiB2層。將TiN復(fù)合滲鍍層、TiN復(fù)合滲鍍層+TiN、TiN復(fù)合滲鍍層+TiB2、TiN復(fù)合滲鍍層+TiN+TiB2與在基體表面直接PVD沉積薄膜進(jìn)行了耐磨性對比試驗(yàn)。同時(shí)將TiN復(fù)合滲鍍層與TiN復(fù)合滲鍍層+TiN、TiN復(fù)合滲鍍層+TiB2、TiN復(fù)合滲鍍層+TiN+TiB2、Q235鋼基體和不銹鋼在1m

4、ol/LH2SO4溶液和3.5％的NaCl溶液中進(jìn)行了耐腐性對比試驗(yàn)研究。 為了了解輝光放電中電子的分布狀況及能量，以便更好地對雙層輝光離子滲金屬技術(shù)的工藝參數(shù)進(jìn)行控制，采用光譜診斷技術(shù)，對輝光放電中等離子體的電子溫度、電子密度進(jìn)行了分析研究。 本課題已獲得以下結(jié)果： 1、首次將等離子放電中的空心陰極效應(yīng)、尖端放電、陰極濺射現(xiàn)象和反應(yīng)擴(kuò)散原理相結(jié)合，在碳鋼表面一次性滲鍍合成TiN沉積層+TiN+Ti固溶體擴(kuò)散層組

5、織結(jié)構(gòu)的復(fù)合滲鍍層。 2、反應(yīng)滲鍍合成TiN的試驗(yàn)工藝參數(shù)：工作氣體(高純)Ar∶N2=100∶9；工作氣壓32～35Pa；工作電壓350～500V；工作電流3.2A；合成溫度1020℃；保溫時(shí)問2h。 3、TiN復(fù)合滲鍍層厚度為12μm。TiN復(fù)合滲鍍層+TiN+TiB2表面顯微硬度最高，達(dá)到3000HV;TiN復(fù)合滲鍍層+TiN或TiN復(fù)合滲鍍層+TiB2硬度次之；TiN復(fù)合滲鍍層平均為2000HV；而直接在基體表面

6、PVD沉積TiN薄膜，表面顯微硬度僅為310HV左右。 4、TiN復(fù)合滲鍍層+TiN或TiN復(fù)合滲鍍層+TiB2的耐磨性能最好；TiN復(fù)合滲鍍層次之；基體表面直接PVD沉積薄膜最差。 5、電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明： 1)、在1mol/LH2SO4溶液中，TiN復(fù)合滲鍍層的耐腐蝕性能比Q235鋼和18-8不銹鋼分別提高了4.2和1.4倍，其它工藝的耐腐蝕性能都較TiN復(fù)合滲鍍層差； 2)、在3.5％的NaCl