碳钢表面双辉渗镀TiC及Ti（CN）膜的工艺和性能研究

论文摘要

TiN类薄膜具有高强度、高硬度、化学稳定性好、耐磨及防腐蚀等一系列优点,其涂层被广泛作用于机械工业中的刀具、模具等表面,是具有巨大应用前景的薄膜材料。针对现有制备工艺中所存在的弊端,本文采用了双层辉光渗金属技术渗镀TiN类薄膜。本文主要探索了双辉渗镀TiC和Ti（CN）薄膜的工艺及机理,对渗镀工艺方案及参数进行了优化,对渗镀层的微观组织、结构、结合强度、耐磨性、耐腐蚀性进行了表征,分析了各表征结果,并探讨了相关机理,研究了多元合金渗入顺序对Ti（CN）渗镀层质量的影响。结果表明:采用一种方波式的源极结构,利用化合物原位合成及薄膜外延生长的原理可在低碳钢表面渗镀薄膜;渗镀层的厚度可超过20μm,其组织结构致密,与基体结合处无孔洞与裂纹;TiC渗镀层内只生成TiC相,Ti（CN）渗镀层内则可依工艺参数生成TiC0.7N0.3和TiC0.2N0.8两种不同结构的物相;渗镀层与基体结合良好,结合力最高可达到70N以上;渗镀层的表面硬度高,可超过2500HV,具有很好的耐磨性,可较基体提高7倍以上;渗镀层具有很好的耐腐蚀性,在3.5%NaCl和5%H2SO4水溶液中,渗镀层的耐腐蚀性均是基体的4倍以上;C、N、Ti渗入顺序会对渗镀层组织结构及性能产生很大的影响,在制备Ti（CN）渗镀层时的合金元素最佳供给方式是三元共渗。以上研究结果必将为双辉制备TiN类薄膜的理论与应用研究提供重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 表面技术与工程概述
• 1.2 金属材料表面陶瓷化
• 1.3 TIN 类陶瓷膜简介
• 1.4 TIN 类陶瓷膜的制备方法及其局限性
• 1.4.1 化学气相沉积法
• 1.4.2 物理气相沉积法
• 1.4.3 自蔓延燃烧合成法
• 1.4.4 固体粉末渗覆法
• 1.4.5 激光熔覆法
• 1.4.6 电泳沉积法
• 1.5 双层辉光渗金属技术
• 1.5.1 双辉技术原理
• 1.5.2 双辉技术特点
• 1.5.3 双辉技术的研究进展与应用
• 1.6 本课题的研究内容
• 1.6.1 课题的提出
• 1.6.2 双辉渗镀TiN 类陶瓷膜的机理
• 1.6.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 双辉渗镀TIC 及TI（CN）的工艺研究
• 2.1 试验设备与试验材料
• 2.1.1 试验设备
• 2.1.2 试验材料
• 2.2 试验方案及工艺路线
• 2.2.1 试验方案设计
• 2.2.2 源极结构的设计
• 2.2.3 试验步骤
• 2.3 渗镀工艺参数的优化
• 2.3.1 渗镀TiC 陶瓷膜工艺参数的优化
• 2.3.2 渗镀Ti（CN）陶瓷膜工艺参数的优化
• 2.4 工艺优化小结
• 第三章 渗镀层的结合力与微观分析
• 3.1 分析检测仪器
• 3.2 TI、C 二元共渗的分析
• 3.2.1 渗镀层的微观形貌
• 3.2.2 渗镀层的能谱分析
• 3.2.3 渗镀层的XRD 物相检测
• 3.2.4 渗镀层与基体的结合力
• 3.3 TI、C、N 三元共渗的分析
• 3.3.1 渗镀层的微观形貌
• 3.3.2 渗镀层的能谱分析
• 3.3.3 渗镀层的XRD 物相检测
• 3.3.4 渗镀层与基体的结合力
• 3.4 本章小结
• 第四章 渗镀层的摩擦磨损性能
• 4.1 材料的摩擦磨损[97-100]
• 4.1.1 摩擦
• 4.1.2 磨损
• 4.1.3 耐磨性表征与磨损试验
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验设备
• 4.2.3 试验参数设置
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 摩擦系数
• 4.3.2 耐磨性
• 4.3.3 磨损形貌
• 4.4 本章小结
• 第五章 渗镀层的耐腐蚀性能
• 5.1 电化学测试原理及腐蚀性能评价
• 5.1.1 电化学测试原理
• 5.1.2 极化曲线及其测定
• 5.1.3 腐蚀性能表征
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 腐蚀液的选择
• 5.2.2 试验材料及其制备
• 5.2.3 试验设备及参数
• 5.3 试验结果与分析
• 5.3.1 3.5% NaCl 水溶液中的电化学腐蚀
• 2SO₄ 水溶液中的电化学腐蚀'>5.3.2 5% H₂SO₄水溶液中的电化学腐蚀
• 5.3.3 腐蚀形貌
• 5.4 本章小结
• 第六章 C、N、TI 渗入顺序对渗镀层的影响
• 6.1 试验方法
• 6.2 渗镀层的微观分析
• 6.2.1 渗镀层的微观组织结构
• 6.2.2 渗镀层的成份
• 6.2.3 渗镀层的物相分析
• 6.3 渗镀层的性能表征
• 6.3.1 渗镀层与基体的结合力
• 6.3.2 渗镀层的表面硬度
• 6.3.3 渗镀层的耐磨性
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间的研究成果及发表的学术论文