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(lái)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(shí)能獲得很好的加工精度和效率，在機(jī)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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?cè)诓讳P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(duì)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(duì)厚膜化薄膜的硬度、結(jié)合強(qiáng)度、表面形貌等的影響；采用瑞士CSM公司生產(chǎn)的微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)薄膜進(jìn)行了干式摩擦和在有潤(rùn)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(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)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(jī)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(shí)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(jì)、表面輪廓儀和金相顯微鏡(OE)對(duì)薄膜進(jìn)行了微觀分析，獲得的結(jié)論主要有以下幾點(diǎn)： 1.氮?dú)饬髁亢突w負(fù)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?dú)饬髁亢吞岣呋w負(fù)偏壓薄膜的硬度均先增加后減小，在氮?dú)饬髁繛?20sccm、直流負(fù)偏壓為-100V和脈沖偏壓為500V時(shí)硬度達(dá)

4、最大值，并且此時(shí)薄膜與基體的結(jié)合強(qiáng)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(rùn)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(shí)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(rùn)滑油介質(zhì)中，對(duì)偶件和薄膜的磨損都遠(yuǎn)小于干摩擦狀態(tài)下，在摩擦界面處形成了一層