等离子体基离子注入混合(Ti,Al)N/DLC膜结构与性能

摘要

本文用等离子体基离子注入混合技术在M50基体上成功的沉积了不同成分的(Ti,Al)N/DLC膜。系统研究了(Ti,Al)N和(Ti,Al)N/DLC膜的成分、结构、腐蚀及摩擦学性能。研究结果表明，(Ti,Al)N膜表面的粗糙度与基体相比均有增加，随着Al含量的增加粗糙度呈非单调性变化。(Ti,Al)N膜以非晶结构为主，纳米级(Ti,Al)N颗粒弥散分布在非晶组织中。(Ti,Al)N/DLC复合膜的硬度高于(Ti,Al)N膜，约是基体硬度的2倍。在大气环境中(Ti,Al)N膜对淬火回火GCr15钢球的摩擦系数明显低于基体，约为0.4～0.6左右，而在相同条件下(Ti,Al)N/DLC复合膜的摩擦系数在0.1左右。与基体材料相比，(Ti,Al)N膜的耐磨性提高了5.5-2.5倍，(Ti,Al)N/DLC复合膜的耐磨性提高了26倍。(Ti,Al)N膜的耐蚀性普遍高出基体，且腐蚀机理为点蚀，按Ti：Al=1：1预沉积机制原位注入混合形成的(Ti,Al)N膜其耐腐蚀性能最高，与未处理样品相比提高3倍，(Ti,Al)N膜原位沉积DLC膜形成(Ti,Al)N/DLC复合膜后，其耐蚀性显著提高，约为基体材料的10倍，且发生的腐蚀机理亦为点蚀。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2等离子体基离子注入技术发展概况

1.2.1等离子体基离子注入技术的原理及特点

1.2.2等离子体基离子注入混合技术

1.3硬质涂层材料及其发展

1.4 TiAlN薄膜的结构

1.5(Ti,A1)N薄膜的性能

1.5.1(Ti,A1)N薄膜的硬度及影响因素

1.5.2(Ti,A1)N薄膜的耐蚀性和抗氧化性能

1.5.3 TiAlN薄膜的摩擦学性能

1.6 DLC膜及其发展

1.6.1 DLC膜的成分和结构

1.6.2 DLC膜的硬度和弹性模量

1.6.3 DLC膜的摩擦学特性

1.7本文主要研究内容

第2章制备及试验方法

2.1试验材料及试样制备

2.2试验设备

2.3(Ti,A1)N和(Ti,A1)N/DLC薄膜制备试验

2.4分析方法

2.4.1 X射线光电子能谱(XPS)分析

2.4.2结构与表面形貌分析

2.4.3硬度测试

2.4.4摩擦磨损试验

2.4.5腐蚀试验

第3章(Ti,Al)N/DLC膜组织结构与元素化学价态

3.1引言

3.2 AFM形貌分析

3.3(Ti,A1)N膜层的成分

3.3.1(Ti,A1)N膜层深度分析

3.3.2(Ti,A1)N膜层元素的化学价态分析

3.4(Ti,A1)N膜层相结构分析

3.4.1 XRD分析

3.4.2透射电镜分析

3.5 DLC膜的成分

3.6本章小结

第4章(Ti,A1)N薄膜的腐蚀性能

4.1不同Ti、Al原子比的(Ti,Al)N薄膜的腐蚀机理

4.2动态注入(Ti,A1)N膜的腐蚀机理

4.3 DLC膜的腐蚀机理

4.4本章小结

第5章(Ti,A1)N/DLC薄膜的力学性能

5.1(Ti,A1)N膜层的纳米硬度分析

5.1.1不同原子比的(Ti,A1)N膜的硬度和弹性模量

5.1.2动态注入(Ti,A1)N膜的硬度与弹性模量

5.1.3 DLC膜的硬度与弹性模量

5.2 (Ti,A1)N/DLC膜的摩擦学性能

5.2.1(Ti,A1)N膜的摩擦学性能

5.2.2 DLC膜的摩擦学特性

5.3磨痕的SEM观察

5.4(Ti,Al)N膜及(Ti,Al)N/DLC膜的磨损率分析

5.5本章小结

结论

参考文献

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