铝合金基体类石墨镀层的制备及性能研究

论文摘要

本文采用非平衡磁控溅射离子镀技术在铝合金表面制备了具有减摩自润滑性能的类石墨镀层（Graphite-Like Carbon简称GLC）。通过改变等离子清洗工艺参数、沉积负偏压和打底层,优化类石墨镀层在铝合金基体上的性能。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对等离子清洗后基体表面的微观形貌和类石墨镀层的截面组织进行了观察与分析;使用显微硬度计、划痕仪和球-盘摩擦磨损试验机对镀层的显微硬度、结合强度、摩擦系数和比磨损率进行了测定。研究结果表明:增大等离子清洗负偏压和延长清洗时间,能加剧等离子体对基体表面的微刻蚀作用,有利于提高膜/基结合强度。但清洗负电压过高、清洗时间过长对基体表面造成损伤,影响表面粗糙度。等离子清洗工艺参数为-400V,30min时,镀层的结合强度较大,摩擦系数最小。增大沉积负偏压,镀层的厚度呈递减趋势,镀层的复合硬度、临界载荷的变化先升后降,在65V时达到峰值。打底层的选择对于改善铝合金基体与类石墨镀层的结合强度有较大作用。以铝打底的类石墨镀层在铝合金基体上表现出较好的结合强度及摩擦学性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 铝合金表面处理技术现状
• 1.2 类石墨镀层的发展与应用
• 1.3 闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术简介
• 1.4 膜基结合机制及提高结合强度的方法
• 1.5 等离子清洗工艺简介
• 1.5.1 等离子体及其与表面的作用
• 1.5.2 等离子清洗工艺的特点
• 1.5.3 等离子清洗机理
• 1.6 沉积负偏压及不同打底层对镀层性能的影响
• 1.7 课题的研究目的及内容
• 1.7.1 课题的研究目的及意义
• 1.7.2 课题的研究思路及内容
• 2 实验设备和实验方法
• 2.1 实验材料及镀膜前预处理
• 2.2 类石墨镀层的制备
• 2.2.1 镀膜设备
• 2.2.2 镀膜过程
• 2.3 镀层的检测
• 2.3.1 镀层性能检测
• 2.3.2 镀层组织结构的观察与分析
• 3 等离子清洗工艺对铝合金基体表面形貌及类石墨镀层性能的影响
• 3.1 等离子清洗工艺对铝合金基体表面形貌的影响
• 3.1.1 原始粗糙度对铝合金基体等离子清洗表面形貌的影响
• 3.1.2 等离子清洗时间对铝合金基体表面微观形貌的影响
• 3.1.3 等离子清洗负偏压对铝合金基体表面微观形貌的影响
• 3.2 等离子清洗工艺对铝合金基体表面粗糙度的影响
• 3.3 等离子清洗工艺对铝合金基体表面和类石墨镀层显微硬度的影响
• 3.3.1 等离子清洗工艺对铝合金基体表面显微硬度的影响
• 3.3.2 等离子清洗工艺对类石墨镀层显微硬度的影响
• 3.4 等离子清洗工艺对铝合金基体类石墨镀层结合强度的影响
• 3.5 等离子清洗工艺对铝合金基体类石墨镀层摩擦学性能的影响
• 3.5.1 等离子清洗工艺对铝合金基体类石墨镀层摩擦系数的影响
• 3.5.2 等离子清洗工艺对铝合金基体类石墨镀层比磨损率的影响
• 3.6 分析与讨论
• 4 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层性能的影响
• 4.1 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层厚度的影响
• 4.2 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层硬度的影响
• 4.3 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层结合强度的影响
• 4.4 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层摩擦学性能的影响
• 4.4.1 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层摩擦系数的影响
• 4.4.2 沉积负偏压对铝合金基体类石墨镀层比磨损率的影响
• 5 不同打底层对铝合金基体类石墨镀层性能及微观结构的影响
• 5.1 不同打底层的铝合金基体类石墨镀层性能测试
• 5.1.1 结合强度测试
• 5.1.2 摩擦学性能测试
• 5.2 不同打底层的铝合金基体类石墨镀层截面透射观察与分析
• 5.2.1 铬打底的铝合金基体类石墨镀层微观组织观察
• 5.2.2 铝打底的铝合金基体类石墨镀层微观组织观察
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文