| 题名 | 四元AlCrTiN高温耐磨涂层制备及性能研究 |
| 作者 | 郑军 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 周琦 ; 马占吉 |
| 关键词 | 可调控高功率脉冲磁控溅射技术 放电电压 Ti靶功率 微观结构 力学性能 摩擦学性能 切削性能 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 可调控高功率脉冲磁控溅射（Modulated Pulse Power Magnetron Sputtering,MPPMS）技术是在高功率脉冲磁控溅射技术（High Power Impulse Magnetron Sputtering,HIPIMS）基础上发展出的一种高性能涂层制备技术。通过调控微脉冲位形,实现了包含预离化过程在内的多段脉冲位形,提高了放电时的稳定性和可控性,并显著改善了HIPIMS技术低沉积速率问题。本课题利用最新的MPPMS/DCMS共沉积技术制备出了AlCrN及四元AlCrTiN硬质涂层,通过调控脉冲放电电压、掺杂Ti靶功率等工艺参数,深入研究了MPPMS/DCMS共沉积技术对涂层的组成成分、微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响。MPPMS技术产生的高离化率沉积粒子束流在基体偏压作用下加速到达成膜表面,将涂层表面结合松散的原子剥离,从而改善表面粗糙度,细化晶粒,进而显著提高涂层的致密性与膜基结合力。本课题所制备的涂层表面光滑致密,无明显大颗粒、金属液滴、微裂纹及针孔等缺陷出现。不同脉冲放电电压及Ti靶功率条件下,AlCrN基涂层均显示出了典型的B1-NaCl结构,涉及（111）、（200）、（220）及（311）4个晶面衍射峰。脉冲放电电压可显著影响靶材原子离化率,进而对涂层的微观组织结构及表面形貌产生影响。Ti靶功率影响沉积粒子束流中各元素含量及能量,从而影响涂层相结构及组成。随Ti靶功率的增加,h-AlN相衍射峰强度逐渐降低,说明Ti元素的掺入有助于抑制h-AlN相的生成。1)力学性能方面,随放电电压升高,涂层硬度在取得最大值后下降,最高值可达30.8 GPa。在540V放电电压条件下,随着Ti靶功率的升高,涂层硬度取得最大值后下降,最高值可达28.3 GPa。涂层红硬性方面,由于受到高温相转变、晶粒长大和微观缺陷及应力消失、回复等因素影响,涂层力学性能随退火温度的升高整体呈下降趋势。1000℃退火后,不同放电电压及Ti靶功率条件下制备涂层硬度基本下降到了16 GPa左右。膜基结合性能方面,在Ti靶功率为3kW时取得最优值,为61.4N。摩擦学性能方面,脉冲放电电压对涂层高温摩擦学性能影响明显,600℃及800℃时,放电电压为400V时制备涂层磨损率最小,分别为7.7×10-15m3/N.m和11.2×10-15m3/N.m。Ti靶功率影响涂层的元素组成及力学性能,进而影响涂层的摩擦学性能。常温摩擦学性能方面,随Ti含量增加,摩擦系数变化不大,磨损率呈现先降低后略有增加趋势。涂层磨损率最小值为1.7×10-17m3/N.m。高温摩擦学性能方面,随摩擦温度升高,各涂层稳定阶段的平均摩擦系数呈下降趋势。不同温度条件下,涂层磨损率的变化趋势均为先下降后上升,600℃及800℃摩擦条件下,Ti靶功率为3.0 kW条件下制备的涂层磨损率最小,分别可达6.9×10-15m3/N.m和14.2×10-15m3/N.m。涂层切削实验表明,刀具表面沉积AlCrTiN涂层可显著改善其使用性能。不同切削速度下,沉积有AlCrTiN涂层铣刀的寿命是无涂层铣刀的4-9倍。切削力随着切削距离的增加而增加,AlCrTiN涂层铣刀增加较无涂层铣刀增加相对较缓慢;不同切削速度（100-300m/min）下,切削力随着切削速度的增加而减小,在切削速度为300m/min时的切削力最小。此外,对比商用电弧离子镀AlCrTiN涂层而言,MPPMS/DCMS共沉积技术制备AlCrTiN涂层刀具不管是从涂层寿命还是从铣削力方面都有明显的改善。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 72 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/94056]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑军. 四元AlCrTiN高温耐磨涂层制备及性能研究[D]. 2018. |
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