40Cr钢表面PN＋PCVD复合处理的组织和性能研究

论文摘要

在近几十年来,材料表面技术已成为了科学界研究的焦点。目前,薄膜技术作为材料制备新技术,已从实验室的探索性研究转向应用于大规模的工业生产,并且正在向各行业中渗透。据专家们预言,表面工程将成为21世纪工业发展的关键技术之一。渗氮作为一种表面扩散工艺开发至今已70余年,现在使用较普遍的技术是气体渗氮和离子渗氮。对于离子渗氮,其工艺简单,渗氮时间短,渗层较深,但表面显微硬度较低,而气相沉积可以把表面显微硬度提高相当高的水平,但镀层较薄,还是不能满足工业生产要求。把渗氮与气相沉积相结合的复合处理技术则是一项更新的技术,近些年引起了广泛注意。本文采用离子氮化（PN）及等离子体化学气相沉积（PCVD）复合处理方法在40Cr上制备TiCN梯度薄膜。采用正交试验分析各沉积因素如氮氢比、时间、温度及TPT分压对硬度的影响,以确定最佳制备工艺。对该工艺下制备的TiCN梯度膜,通过XRD、SEM及能谱分析等方法进行物相结构分析和组织形貌的观察。同时运用划痕试验和磨损试验来测定该TiCN梯度膜的结合力及耐磨性。研究表明,采用PN+PCVD制备TiCN梯度膜的最佳沉积工艺为:氮氢比:2/1;TPT分压:60Pa;沉积时间:1.5h;沉积温度:500℃。该工艺制备下的TiCN梯度膜表面颗粒细小均匀,膜厚约2μm,硬度达1100HV0.05左右。相对于用单一PCVD制备的TiCN膜,复合处理制备的TiCN梯度膜表现出了较为平缓的硬度梯度和较好的膜基结合力及耐磨性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 表面技术的重要性及分类
• 1.1.1 表面技术的重要性
• 1.1.2 表面技术的分类
• 1.2 气相沉积技术
• 1.2.1 CVD 涂层强化技术
• 1.2.2 PVD 涂层强化技术
• 1.2.3 PCVD 涂层强化技术介绍
• 1.3 离子氮化
• 1.3.1 离子氮化理论
• 1.3.2 离子渗氮的主要特点
• 1.4 离子氮化与PCVD 复合处理
• 1.4.1 复合处理技术的设计思想
• 1.4.2 复合方法的选择
• 1.4.3 复合处理膜基组织结构
• 1.4.4 复合涂层结合力
• 1.4.5 复合涂层的磨损特性
• 1.5 TICN 膜的研究进展
• 1.6 本研究的内容及意义
• 1.6.1 本研究的内容
• 1.6.2 本研究的意义
• 1.7 本实验执行的基本路线
• 第二章 实验设备及方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 涂层基体的选择
• 2.1.2 钛源的选择
• 2.2 实验前基体材料的预处理
• 2.2.1 表面吸附层和表面氧化层
• 2.2.2 表面净化处理
• 2.2.3 喷砂处理
• 2.3 镀膜设备
• 2.4 实验流程
• 2.4.1 辉光清洗原理及作用
• 2.4.2 复合处理沉积TiCN 膜结构示意图
• 2.5 PN+PCVD 复合处理工艺设计
• 2.6 性能的测定
• 2.6.1 硬度的检测
• 2.6.2 结合力的测定
• 2.6.3 表面形貌、显微结构的观测及薄膜的物相分析
• 2.6.4 耐磨性的检测
• 第三章 PN+PCVD 复合处理的工艺研究
• 3.1 离子氮化过程中不同氮氢比对氮化层组织的影响
• 3.2 离子氮化后PCVD 沉积TiCN 的工艺研究
• 3.2.1 正交试验
• 3.2.2 正交试验结果
• 3.2.3 正交试验结果分析
• 3.2.4 沉积工艺的优化
• 3.2.5 氢氮比的影响
• 3.2.6 沉积温度的影响
• 3.3 最佳工艺下制备的TiCN 薄膜的形貌观察及物相分析
• 3.4 本章结论
• 第四章 PN+PCVD 复合处理沉积TICN 复合涂层的性能研究
• 4.1 截面硬度梯度比较
• 4.2 结合强度性能比较
• 4.2.1 划痕试验及结果
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 TiCN 梯度膜的耐磨性能
• 4.3.1 耐磨试验结果
• 4.3.2 分析讨论
• 4.4 本章结论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录