铝合金衬底电弧离子镀氮化物膜层的研究

论文摘要

物理气相沉积硬质防护膜层技术的采用可以有效地降低各类零部件的机械磨损、化学腐蚀和高温氧化倾向。在铝合金零件的表面涂覆防护膜层，可以提高零件的耐磨性能、可靠性，延长其使用寿命。本文采用电弧离子镀技术（AIP）在铝合金衬底上沉积（Ti，Al）N膜层，研究了氮气分压、衬底偏压、膜层厚度及衬底材料对（Ti，Al）N膜层的结构、元素含量、机械性能和腐蚀性能的影响：同时还沉积了（Ti，Al）N梯度膜层，并对其性能进行了研究。在铝合金衬底上沉积（Ti，Al）N膜层，氮气分压对膜层的组织结构、成分以及腐蚀性能有较大的影响。在氮气分压较低时，沉积膜层中含有富金属的（Ti，Al）2N相和金属氮化物相（Ti，Al）N；随着氮气分压的增加，膜层中富金属的（Ti，Al）2N相消失，仅含有（Ti，Al）N相；同时，膜层中铝、钛含量逐渐减少，氮含量逐渐增加；膜层中的大颗粒尺寸及数量均逐渐减少；沉积速率随氮气分压的增大而降低；膜层的耐腐蚀性能随氮气分压的增加而增加。在相同的沉积工艺参数下，7075铝合金衬底上沉积的（Ti，Al）N膜层的耐腐蚀性能要略好于2024铝合金衬底上沉积的（Ti，Al）N膜层。通过在沉积膜层的过程中改变氮气流量，来获得氮含量渐变的（Ti，Al）N梯度膜层。偏压对于梯度膜层性能有很大的影响，与偏压较小时相比，偏压较大时，沉积梯度膜层表面的大颗粒较少，膜层的致密度好，其耐腐蚀性能和力学性能也比较好。在相同的实验条件下，对比（Ti，Al）N梯度膜层与（Ti，Al）N膜层的腐蚀性能。实验结果表明，梯度膜层的耐腐蚀性能要远好于（Ti，Al）N膜层；（Ti，Al）N梯度膜层的耐腐蚀性能要好于阳极氧化膜层，梯度膜层的硬度远高于氧化膜，因此就综合性能而言，（Ti，Al）N梯度膜层要好于阳极氧化膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 硬质防护膜层的特点及应用
• 1.2 硬质防护膜层制备方法
• 1.2.1 CVD法制备硬质防护膜层
• 1.2.2 PVD法制备硬质防护膜层
• 1.2.3 电弧离子镀技术
• 1.3 硬质防护膜层
• 1.3.1 硬质防护膜层材料
• 1.3.2 硬质防护膜层的分类
• 1.3.3 硬质防护膜层性能的评价
• 1.3.4 硬质防护膜层的发展趋势
• 1.4 本论文研究目的和内容
• 2 膜层制备与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 膜层样品的制备
• 2.2.1 （Ti，Al）N膜层样品的制备
• 2.2.2 阳极氧化膜样品的制备
• 2.3 显微结构分析
• 2.3.1 膜层微观组织形貌观察
• 2.3.2 膜层结构及相分析
• 2.4 膜层硬度测试
• 2.5 膜层腐蚀性能测试
• 2.5.1 膜层的极化曲线和交流阻抗谱的测定
• 2.5.2 膜层的盐雾腐蚀测试
• 3 实验结果与分析
• 3.1 氮气分压对（Ti，Al）N膜层的影响
• 3.1.1 氮气分压对2024铝合金衬底上（Ti，Al）N膜层的影响
• 3.1.2 氮气分压对7075铝合金衬底上（Ti，Al）N膜层的影响
• 3.1.3 （Ti，Al）N膜层腐蚀机理的探讨
• 3.1.4 两种铝合金衬底上沉积的（Ti，Al）N膜层的比较
• 3.2 （Ti，Al）N梯度膜层的制备及性能研究
• 3.2.1 （Ti，A1）N梯度膜层的相结构
• 3.2.2 不同偏压下（Ti，Al）N梯度膜层的表面形貌
• 3.2.3 不同偏压下（Ti，Al）N梯度膜层的横截面形貌及厚度
• 3.2.4 不同偏压下（Ti，Al）N梯度膜层的力学性能
• 3.2.5 （Ti，Al）N梯度膜层的腐蚀性能
• 3.3 不同厚度膜层的腐蚀性能比较
• 3.3.1 不同厚度膜层的表面形貌和厚度
• 3.3.2 不同厚度膜层的腐蚀性能比较
• 3.4 （Ti，Al）N梯度膜层同阳极氧化膜的性能比较
• 3.4.1 阳极氧化膜层的厚度
• 3.4.2 腐蚀性能
• 4 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢