鋼領電弧離子鍍TiAICN薄膜的工藝研究.pdf

1、鋼領是紡織細紗機的主要易耗件之一，對紡紗質量和成本有重要影響。本文采用真空電弧離子鍍技術實現(xiàn)了鋼領在低溫條件下的C、N、Al、Ti四元共鍍，解決了鋼領表面硬度低、耐磨性能差、摩擦系數(shù)大的問題。本文主要研究了基體硬度、基體表面粗糙度、負偏壓、弧電流和氣體流量對TiAlCN薄膜性能的影響。通過對實驗結果的分析，得到以下結論:
　　(1)利用電弧離子鍍技術在GCr(1)5鋼領基體上低溫(小于180℃)成功制備了TiAlCN薄膜。膜/基附

2、著力超過30N，薄膜厚度為2～2.2μm，硬度超過1700HV。
　　(2)基體表面粗糙度小，制備的薄膜表面平整性好，膜/基附著力大。在粗糙度為0.01μm時，附著力達到42.8N?；w硬度高，附著力大，在基體硬度為835HV時，附著力達到31.2N。
　　(3)薄膜中鋁元素的加入沒有改變TiN膜層的NaCl型面心立方晶體結構。在X射線衍射圖譜中，由于TiN相比AlN相優(yōu)先形成，因此薄膜中并沒有AlN的存在，AlN相的存在會

3、降低薄膜力學性能。
　　(4)負偏壓增大，TiN(111)2θ角分別為36.840°、36.823°和36.737°，TiN的峰整體左移，晶胞參數(shù)變大，d(TiN)值變大，薄膜的硬度、厚度和附著力先增大后減小，顆粒數(shù)目先增加后減少。在-50V時，球形顆粒少，大顆粒數(shù)目約為200個，薄膜表面有部分裂紋存在;-100V，薄膜表面顆粒較小且分布均勻，顆粒數(shù)目約為680個，制備的薄膜致密;-150V，顆粒的數(shù)目約為590個，顆粒尺寸和-1

4、00V時的顆粒的尺寸差不多。
　　(5)弧電流增大，TiN的峰先左移后右移，晶胞參數(shù)先增大后減小，發(fā)生了晶格畸變，薄膜的硬度和附著力先增大后減小，顆粒數(shù)目一直增加。40A時薄膜表面有裂紋存在，大顆粒數(shù)目約為250個，顆粒尺寸大于2μm的較少，但最大的顆粒尺寸達到10μm;50A時，顆粒數(shù)目約為680個，薄膜表面顆粒小且分布均勻;60A時，顆粒的數(shù)目約為700個，但是顆粒尺寸比50A時的顆粒的平均尺寸要小一倍。
　　(6)不同

5、C含量（x取值不同）TiAlCxN1-x薄膜研究表明:薄膜表面存在一定數(shù)量的顆粒，顆粒尺寸小于2μm，薄膜厚度約為2μm。隨著薄膜中C元素的加入，XRD譜中(Ti0.5，Al0.5)N峰出現(xiàn)了寬化，薄膜的平均晶粒大小為10～30nm。隨著C2H2/(C2H2+N2)氣體比例從0增加到0.75，薄膜中C元素含量增加，N元素含量減少，TiAlCxN1-x薄膜中Ti和Al含量沒有發(fā)生明顯的變化。薄膜中x值從0增加到0.69（乙炔流量從0scc

6、m增加到150sccm），薄膜中的Ti和Al比例約為1∶1。沒有C時(x=0)，薄膜硬度為10.214GPa，彈性模量為188.996GPa，附著力為34N;當x從0增加到0.18時，硬度和彈性模量增加的稍微緩慢，附著力降低到29N;x從0.18增加到0.49，硬度和彈性模量急劇增加，附著力增加到33N，在x為0.49時，硬度和彈性模量分別達到最大值26.217GPa和467.205GPa;隨著x的進一步增加，薄膜的硬度和彈性模量急劇減