DLC/AlTiN复合涂层的制备及摩擦学性能研究

发布时间：2023-09-17 17:33

　　AlTiN涂层具备高硬度,良好的膜基结合力以及优异的抗高温氧化性等性能,被广泛的应用于金属切削刀具方面;但该涂层本身摩擦系数较高、韧性较差以及内应力高等不足,限制了其在减摩防护等苛刻工况环境中的应用。DLC(diamond-like carbon)涂层具备良好的自润滑性能,但此涂层与Fe基材料的结合力欠佳。通过多层结构设计,将上述两种涂层的特点和优势进行结合,有望同时改善涂层的自润滑性能和膜基结合力。本文采用电弧沉积+磁控溅射两种制备工艺,研究了基底偏压、N₂流量、Ti-Al靶电流以及Cr掺杂量等工艺参数对AlTiN涂层的表面粗糙度、物相结构以及摩擦学性能的影响。试验结果表明,不同工艺参数下制备的AlTiN涂层,主要是以Ti₃AlN的物相存在,且沿着(110)、(200)以及(220)方向生长。摩擦学试验结果表明,AlTiN涂层的摩擦系数一般在0.4-0.7之间,由于涂层表面粗糙度较大,其磨损失效形式以磨粒磨损为主。在工艺优化研究的基础上,研究了DLC/AlTiN涂层的结构组织以及摩擦学性能。试验结果表明,DLC/AlTiN涂层表面为类金刚石...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 AlTiN涂层
        1.2.1 AlTiN涂层结构
        1.2.2 AlTiN涂层国内外发展状况
    1.3 类金刚石薄膜
        1.3.1 类金刚石薄膜结构
        1.3.2 类金刚石薄膜国内外发展状况
    1.4 新型涂层研究及应用
        1.4.1 新型涂层国内外发展状况
    1.5 涂层制备方法
        1.5.1 物理气相沉积法(PVD)制备涂层
        1.5.2 化学气相沉积法(CVD)制备涂层
    1.6 本论文研究思路
第2章 试验设计及方法
    2.1 涂层制备
        2.1.1 AlTiN涂层制备
        2.1.2 DLC/AlTiN涂层制备
    2.2 涂层表征
        2.2.1 厚度、形貌表征
        2.2.2 力学性能测量
        2.2.3 涂层结构分析
        2.2.4 摩擦磨损试验
        2.2.5 切削试验
    2.3 本章小结
第3章 工艺参数对AlTiN涂层影响
    3.1 引言
    3.2 偏压与氮气气流量对AlTiN涂层影响
        3.2.1 氮气气流量与偏压对涂层沉积速率与表面粗糙度影响
        3.2.2 氮气气流量与偏压对涂层硬度影响
        3.2.3 氮气气流量与偏压对涂层结合力影响
        3.2.4 氮气气流量与偏压对涂层摩擦系数的影响
    3.3 钛铝合金靶电流对AlTiN涂层影响
        3.3.1 钛铝合金靶电流对涂层沉积速率与表面粗糙度影响
        3.3.2 钛铝合金靶电流对涂层硬度与结合力影响
        3.3.3 钛铝合金靶电流对涂层摩擦磨损试验影响
    3.4 掺杂Cr元素对AlTiN涂层影响
        3.4.1 不同Cr含量对涂层沉积速率与表面粗糙度影响
        3.4.2 Cr电流对涂层硬度与结合力影响
        3.4.3 不同Cr含量对涂层摩擦磨损试验影响
    3.5 本章小结
第4章 DLC/AlTiN涂层的性能研究
    4.1 引言
    4.2 DLC/AlTiN涂层性能研究
        4.2.1 DLC/AlTiN涂层的结构与形貌
        4.2.2 DLC/AlTiN涂层的机械性能
        4.2.3 DLC/AlTiN涂层的摩擦学性能
    4.3 DLC涂层与DLC/AlTiN涂层结构与摩擦学性能
        4.3.1 DLC涂层与DLC/AlTiN涂层结构分析
        4.3.2 涂层的摩擦学分析
    4.4 本章小结
第5章 涂层刀具切削试验
    5.1 引言
    5.2 刀具切削试验
        5.2.1 涂层对切削温度影响
        5.2.2 切削刀具的磨损量
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3847841