反应溅射形成氮化钛复合渗镀层耐磨耐腐蚀性能的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文反应溅射形成氮化钛复合渗镀层耐磨耐腐蚀性能的研究摘要TiN涂层因具有高硬度、低摩擦系数、高粘着强度、化学稳定性好、良好的导电性和与钢铁材料的热膨胀系数相近等优点，而被广泛应用于机械、材料、化工、电子、冶金、航空航天等领域。特别是被用作高质量的切割工具，抗磨粒、磨蚀和磨损部件的表面工程材料。目前制备TiN涂层的主要方法有：化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PvD)、等离子体化学气相沉积法(PCVD)、离子束辅助沉积法(IBAD)等。本研究课题针对上述几种制备TiN涂层方法现存的问题，进行了技术改进。其基本思路是：利用辉光放

2、电中的溅射现象、Ti丝的尖端放电和辅助阴极之间的空心阴极效应，并通入一定比例氮气和氩气的混合气体，在碳钢表面一次性合成TiN复合渗镀层。整个复合渗镀层成分、硬度和结构均呈梯度分布，渗镀层与基体的膜基结合力好，内应力小。该技术能够在基体表面形成所需厚度、结合强度极佳的复合渗镀层。同时具有节约贵金属，节省能源、无公害，可大面积处理和表面合金成分可控等显著优点，属于绿色环保技术。在TiN复合渗镀层基础上进行PVD沉积薄膜，形成TiN复合渗镀层+TiN或TiN复合渗镀层+TiB2或TiN复合渗镀层+TiN+TiB2层。将TiN复合渗镀层、TiN复合渗镀层+TiN、T

3、iN复合渗镀层+TiB2、TiN复合渗太原理工大学硕士研究生学位论文镀层+TIN+TiB2与在基体表面直接PVD沉积薄膜进行了耐磨性对比试验。同时将TiN复合渗镀层与TiN复合渗镀J昙+TiN、TiN复合渗镀层+TiB2、TiN复合渗镀层+TiN+TiB2、Q235钢基体和不锈钢在1mol／LH2S04溶液和3．5％的NaCI溶液中进行了耐腐性对比试验研究。为了了解辉光放电中电子的分布状况及能量，以便更好地对双层辉光离子渗金属技术的工艺参数进行控制，采用光谱诊断技术，对辉光放电中等离子体的电子温度、电子密度进行了分析研究。本课题已获得以下结果：1、首次将等离

4、子放电中的空心阴极效应、尖端放电、阴极溅射现象和反应扩散原理相结合，在碳钢表面一次性渗镀合成TiN沉积层+TiN+Ti固溶体扩散层组织结构的复合渗镀层。2、反应渗镀合成TiN的试验工艺参数：工作气体(高纯)Ar：N2=100：9；工作气压32～35Pa；工作电压350～500V：工作电流3．2A；合成温度1020乜；保温时间2h。3、TiN复合渗镀层厚度为129m。TiN复合渗镀层+TiN+TiB2表面显微硬度最高，达到3000HV；TiN复合渗镀层+T烈或TiN复合渗镀层+TiB2硬度次之；TiN复合渗镀层平均为2000HV；而直接在基体表面PVD沉积Ti

5、N薄膜，表面显微硬度仅为310HV左右。4、TiN复合渗镀层+TiN或TiN复合渗镀层+TiB2的耐磨性能最好；TiN复合渗镀层次之；基体表面直接PVD沉积薄膜最差。5、电化学腐蚀试验结果表明：太原理工大学硕士研究生学位论文1)、在lmol／LH2S04溶液中，TiN复合渗镀层的耐腐蚀性能比Q235钢和18-8不锈钢分别提高了4．2和1．4倍，其它工艺的耐腐蚀性能都较TiN复合渗镀层差；2)、在3．5％的NaCI溶液中，TiN复合渗镀层的耐腐蚀性能比Q235钢提高了182．6倍；比l8-8不锈钢耐腐蚀程度稍差；其它工艺的耐腐蚀性能都较TiN复合渗镀层差。6、

6、在辉光放电等离子体中，当辉光放电电压为500～1000V、P=30～100P。时，电子温度在2～10eV范围内变化，而电子密度在1021m‘3量级。关键词：反应溅射，TiN，复合渗镀层，摩擦磨损，耐腐蚀性，辉光放电太原理工大学硕士研究生学位论文RESEARCHOFWEARRESISTANCEANDCORROSl0NRESISTANCEWITHTiNMI『I，TI—PEI她ATl0NLAYERFORMEDBYREACTIVESPUTrERINGABSTRACTTiNcoatingwasextensivelyappliedineveryareaofmechani

7、cs，materials，chemicalengineering，electronics，andmetallurgy,aerospaceandSOonduetoitsmanyadvantages，suchashighhardness，lowfrictioncoefficient，hi曲adhesivestrength，goodchemicalstability,goodelectricalconductivityandthesamecoefficientofthermalexpansionassteels．Inadditionthecoatingwasesp

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