化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的基礎(chǔ)研究.pdf

1、當(dāng)今科技的迅猛發(fā)展，材料的切削加工在制造行業(yè)的地位越發(fā)重要，而刀具在其中又扮演著最重要的角色，刀具性能的好壞直接影響到切削效率、加工成本等實際問題。傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具已經(jīng)不能滿足當(dāng)代發(fā)展要求，因此，現(xiàn)如今性能優(yōu)異的新型材料涂層刀具的研發(fā)變得尤為迫切。
　　本論文一方面是研究以 V2O5、H2、N2為原材料，利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在 T12鋼鋸表面化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層。對影響化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的主要工藝參數(shù)，進(jìn)行正交試驗，制備出

2、不同工藝參數(shù)條件下的氮化釩涂層試樣，對這些試樣進(jìn)行表征及性能測試，得出以下結(jié)論：
　　(1)觀察SEM照片發(fā)現(xiàn)，氮化釩涂層試樣的表面分散著微小孔洞，孔徑在幾百納米左右，呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
　　(2)在衍射峰圖譜中，只出現(xiàn)了α-Fe峰和VN峰，沒有其它的雜質(zhì)峰出現(xiàn)，表明所制備的VN涂層試樣的純度比較高，α-Fe峰的出現(xiàn)是基體T12鋼的影響。VN微晶平均尺寸為34.36nm。
　　(3)制備的氮化釩涂層試樣中，除1＃試樣最薄平均

3、厚度為12.60μm，其次是2＃試樣為15.77μm，其它試樣平均厚度在20μm左右。通過正交分析，得到薄涂層的較優(yōu)參數(shù)組合為：預(yù)保溫5min、沉積溫度900℃、沉積時間30min；得到厚涂層的較優(yōu)參數(shù)組合為：預(yù)保溫15min、沉積溫度1100℃、沉積時間90min。
　　(4)測試氮化釩涂層試樣的膜基結(jié)合力，得到臨界荷載 Lcn值。1＃試樣膜基結(jié)合強度最低為9.1N，5＃試樣臨界荷載Lcn值最大為27.2N。要制得膜基結(jié)合強度高

4、的VN涂層，通過正交分析，選擇較優(yōu)參數(shù)組合，參數(shù)組合為：預(yù)保溫10min、沉積溫度1000℃、沉積時間90min。
　　(5)測試氮化釩涂層試樣的粗糙度。1＃、2＃、3＃試樣的粗糙度 Ra值都小于2μm，其余VN涂層試樣的粗糙度Ra值都在2μm以上，6＃試樣粗糙度Ra值最大為3.28μm。要得到較小粗糙度的VN涂層，通過正交分析，選擇較優(yōu)參數(shù)組合，參數(shù)組合為：預(yù)保溫5min、沉積溫度900℃、沉積時間60min。
　　(6)

5、測試氮化釩涂層試樣的摩擦系數(shù)。制備的VN涂層試樣平均摩擦系數(shù)在0.3~0.5之間。要得到相對摩擦系數(shù)較高的VN涂層，通過正交分析，選擇較優(yōu)參數(shù)組合，參數(shù)組合為：預(yù)保溫15min、沉積溫度900℃、沉積時間60min。
　　(7)測試氮化釩涂層試樣的磨損量。1＃、2＃、3＃試樣的磨損體積都在0.05mm3以上，磨損量很大，4＃、5＃、6＃試樣的磨損體積有所減少，在0.05mm3~0.03mm3范圍之間，7＃、8＃、9＃試樣的磨損體積

6、較少，不超過0.02mm3。要制得磨損量低，耐磨性好的VN涂層，通過正交分析，選擇較優(yōu)參數(shù)組合，參數(shù)組合為：預(yù)保溫15min、沉積溫度1000℃、沉積時間90min。
　　(8)把VN涂層試樣放入3.5％氯化鈉水溶液中浸泡72h，研究其腐蝕行為。1＃試樣減重量為2.5mg，腐蝕得最為嚴(yán)重，其次是2＃試樣，減重量為1.8mg，其余的減重量都在1.5mg以下。要制得耐腐蝕性較好的VN涂層，通過正交分析，選擇較優(yōu)參數(shù)組合，參數(shù)組合為：預(yù)

7、保溫10min、沉積溫度1100℃、沉積時間90min。
　　另一方面是從熱力學(xué)計算分析和沉積速率方面，簡要論述了化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的沉積機理。得出以下結(jié)論：
　　(1)在943K~1600K溫度范圍內(nèi)，V2O5(g)+5H2(g)+N2(g)=2VN(s)+5H2O(g)標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)θTΔG<0，θTΔG隨著溫度T的升高而升高，這表明溫度過高，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。
　　(2)化學(xué)氣相沉積VN涂層過程中，反應(yīng)溫度不同，沉