多元復(fù)合納米膜鍍膜工藝及弧靶自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、TiN作為一類新型表面薄膜具有硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)小、抗氧化等一系列優(yōu)點(diǎn),鍍制到刀具和模具表面可使其使用壽命提高2～10倍,已獲得廣泛應(yīng)用。然而,隨著制造技術(shù)的不斷提高,對(duì)工模具表面膜的硬度、耐磨性、抗氧化性及其與基體結(jié)合強(qiáng)度等綜合機(jī)械性能提出了更高的要求,TiN等單一的二元膜已難以滿足實(shí)際使用的要求。以TiN為基多元納米復(fù)合膜可形成納米晶,具有比單層膜更高的硬度、更好的耐磨性,對(duì)硬質(zhì)膜性能的改善相當(dāng)明顯,因此,多元納米復(fù)合膜的制

2、備已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。前期的研究表明,采用工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的多弧離子鍍技術(shù),制備TiN多元復(fù)合膜具有速度快、可控性好的優(yōu)點(diǎn),有廣泛的應(yīng)用前景。
　　 但是,早期生產(chǎn)的工業(yè)用多弧離子鍍膜機(jī)(如PH-700A型)弧靶的開啟與控制為手動(dòng)方式,鍍膜工藝過(guò)程繁瑣,膜層不均勻,質(zhì)量不易控制。為了將弧靶的開啟與控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,本文采用AT89C52單片機(jī)、LED顯示器、鍵盤、晶振、模塊開關(guān)電源、繼電器等組成80C51單片機(jī)系統(tǒng),對(duì)PH-7

3、00A型多弧離子鍍膜機(jī)起弧單元進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)了弧靶起弧的自動(dòng)控制,精確控制了不銹鋼靶的起弧間隔和燃弧時(shí)間。然后采用改進(jìn)后的多弧離子鍍機(jī),以工業(yè)純Ti和工業(yè)不銹鋼為靶材,通過(guò)自動(dòng)控制裝置來(lái)調(diào)整和精確控制不銹鋼靶間歇開啟的間隔時(shí)間和不銹鋼靶燃弧時(shí)間,制備了TiN多元納米復(fù)合多層膜。采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、X射線能譜儀(EDS)、顯微硬度儀等方法對(duì)復(fù)合膜的斷口形貌、相組成、成分、擇優(yōu)取向和顯微硬度等方面進(jìn)行了深入的研究

4、。
　　 研究結(jié)果表明,采用改進(jìn)后的多弧離子鍍機(jī)制備出的TiN/(Fe、Cr、Ni)多元納米復(fù)合多層膜硬度高達(dá)30GPa,納米復(fù)合多層膜呈均勻的層狀分布,單層膜的組織結(jié)構(gòu)為非常細(xì)小的柱狀晶,層與層之間有明顯的界限,且單層膜的厚度隨鍍膜工藝參數(shù)的不同而得到精確控制。
　　 保持其它工藝條件不變,影響復(fù)合多層膜硬度的主要因素是不銹鋼靶開啟的間隔時(shí)間及其燃弧時(shí)間。隨著不銹鋼靶開啟的間隔時(shí)間、燃弧時(shí)間的增大,復(fù)合多層膜硬度均呈現(xiàn)

5、先增大后減小的基本趨勢(shì)。當(dāng)不銹鋼靶燃弧時(shí)間為16s～21s,開啟的間隔時(shí)間為4～6min時(shí),復(fù)合多層膜易獲得較高的硬度;當(dāng)間隔時(shí)間為6min,開啟不銹鋼靶時(shí)間為21s時(shí),復(fù)合多層膜的硬度達(dá)到30GPa。
　　 不銹鋼的摻入影響了純TiN的柱狀生長(zhǎng),使其不再以單一的(111)面優(yōu)先生長(zhǎng),而是轉(zhuǎn)向無(wú)明顯擇優(yōu)取向、(200)晶面優(yōu)先生長(zhǎng)、或以(111)、(200)兩個(gè)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)的趨勢(shì)。當(dāng)復(fù)合多層膜無(wú)明顯擇優(yōu)取向時(shí),硬度值不高,一般為