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,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立調節(jié),對涂層成分進行調節(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等對涂層的組織結構和表面形貌進行分析;通過HX-1000型顯微硬度計、WS-2005涂層附著力自動劃痕儀、CHI電化學分析儀等設備對涂層的力學性能和耐腐蝕性能進行分析,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晶強度并且降低涂層的硬度,而對涂層進行真空退火能夠明顯改善涂層與基底的結合力。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)的調整并未使 Al-Sn-Cu涂層結構發(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聯(lián),純Cu的基底材