多弧離子鍍CrNx薄膜微觀結(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射線衍射儀(XRD)和透射電鏡(TEM)分析研究氮?dú)夥謮?、脈沖

2、偏壓和弧電流等工藝參數(shù)對薄膜的表面形貌、物相組成和微觀組織的影響規(guī)律。尤其利用透射電子顯微技術(shù)對CrNx薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和晶體缺陷進(jìn)行了深入的探討。同時(shí)對薄膜的硬度、結(jié)合強(qiáng)度和摩擦性能進(jìn)行了測試分析。
　　 研究結(jié)果表明:(1)氮?dú)夥謮簩rNx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。
　　 (3)弧電流對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。
　　 (4)薄膜的微觀結(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