多弧離子鍍CrNx薄膜微觀(guān)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究.pdf

1、鈦合金耐蝕性、耐熱性好,比剛度、比強(qiáng)度高,是新興的結(jié)構(gòu)和功能材料,廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,但硬度低、耐磨性差等缺點(diǎn)限制了其使用范圍。CrNx具有硬度高、耐磨性好、良好的微動(dòng)摩擦學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn),因此在鈦合金表面制備CrNx薄膜是擴(kuò)大鈦合金應(yīng)用范圍的有效途徑。
　　 本論文采用多弧離子鍍技術(shù)在TC4鈦合金表面制備CrNx薄膜。利用掃描電鏡(SEM)、X射線(xiàn)衍射儀(XRD)和透射電鏡(TEM)分析研究氮?dú)夥謮骸⒚}沖

2、偏壓和弧電流等工藝參數(shù)對(duì)薄膜的表面形貌、物相組成和微觀(guān)組織的影響規(guī)律。尤其利用透射電子顯微技術(shù)對(duì)CrNx薄膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和晶體缺陷進(jìn)行了深入的探討。同時(shí)對(duì)薄膜的硬度、結(jié)合強(qiáng)度和摩擦性能進(jìn)行了測(cè)試分析。
　　 研究結(jié)果表明:(1)氮?dú)夥謮簩?duì)CrNx薄膜的表面形貌及相組成影響顯著。隨著氮?dú)夥謮旱纳?CrNx薄膜表面熔滴的數(shù)量、尺寸減小,表面平整度明顯改善。CrNx薄膜的相組成由六方結(jié)構(gòu)的Cr2N變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)的CrN；CrN薄膜生

3、長(zhǎng)的擇優(yōu)取向也有所變化,由(200)、(220)晶面變?yōu)?111)晶面。
　　 (2)脈沖偏壓通過(guò)改變轟擊能量和沉積溫度影響著薄膜的表面形貌和相組成。隨著脈沖偏壓的增大,薄膜表面熔滴數(shù)量、尺寸減小,表面趨于平整；但偏壓過(guò)高會(huì)在薄膜表面產(chǎn)生凹坑；薄膜相組成由CrN單相變?yōu)镃rN、Cr2N與Cr組成的三相混合物,CrN相趨于以(200)和(220)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。
　　 (3)弧電流對(duì)薄膜表面形貌也有顯著的影響。隨著弧電流的增

4、大,薄膜表面熔滴數(shù)量增多、平整度下降；薄膜相組成均為CrN相,并沿表面能較高的(200)和(220)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)。
　　 (4)薄膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)在等離子體的轟擊作用下發(fā)生明顯變化,得到納米級(jí)尺寸的細(xì)小晶粒,晶內(nèi)存在晶格畸變、位錯(cuò)、孿晶等缺陷。薄膜表面熱的高低及分布狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),可促進(jìn)熔滴的聚集熔合；在一定范圍內(nèi)升高脈沖偏壓可使熔滴與薄膜緊密結(jié)合、改變?nèi)鄣位瘜W(xué)成分,并能促進(jìn)球殼結(jié)構(gòu)熔滴的形成。
　　 (5)綜合性能最佳的C