电弧离子镀CrN薄膜的组织结构与性能的研究

摘要

本文采用电弧离子镀技术在M2高速钢和316L不锈钢基体上制备CrNx薄膜。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、显微硬度计和摩擦磨损试验机等方法对制备的试样进行分析，研究考察真空室气压及氩气/氮气比例对CrNx薄膜组织结构、化学成分、显微硬度及耐磨性能的影响。结果表明，在M2高速钢上沉积CrNx薄膜,氮气气压的大小对薄膜的表面形貌有重大影响：随着氮气气压的升高，薄膜表面的大颗粒数量减少，尺寸减小，薄膜表面更加平整；随着氮气气压的升高，薄膜的相结构由Cr+Cr2N混合相转变为Cr2N+CrN混合相，高氮气压下（大于0.5Pa），薄膜的择优取向为Cr2N（300），实验中没有发现CrN单相结构。在M2高速钢上沉积CrNx薄膜,随着氮气气压的升高，薄膜的显微硬度大大提高，氮气气压为4.0Pa时，达到实验所测的最大值2237 kg/mm2；随着氮气气压的升高，薄膜的摩擦系数明显减少，氮气气压为4.0Pa时，薄膜的摩擦系数最小。在316L不锈钢上沉积CrNx薄膜,氮气气压的大小对薄膜的表面形貌有重大影响：随着氮气气压的升高，薄膜表面大颗粒数量减少，尺寸减小，薄膜表面更加平整；随着氮气气压的升高，薄膜的相结构由Cr+Cr2N混合相转变为Cr2N+CrN混合相，高氮气压下（大于0.5Pa），薄膜的择优取向为Cr2N（300），实验中没有发现CrN单相薄膜。在M2高速钢上沉积CrNx薄膜,氩气/氮气比例大小对薄膜的表面形貌有重大影响：随着氩气/氮气比例的升高，薄膜表面大颗粒数量增多，尺寸变大，薄膜表面变粗糙；氩气/氮气比例大小影响薄膜的相成分：实验过程观察膜层中存在Cr、CrN和Cr2N三种相，氮气/氩气比例为0到40％时，膜层由Cr2N+CrN混合相转变为Cr2N+Cr混合相，此时薄膜的择优取向为Cr2N（300），实验中没有发现CrN单相薄膜。在M2高速钢上沉积CrNx薄膜,氩气/氮气比例大小影响薄膜的显微硬度：随着氩气/氮气比例的升高，薄膜的显微硬度先降低后增加再降低，当氩气与氮气比例为25%，达到极小值1776.1kg/mm2，氩气与氮气比例为40%，获得实验所测的最大值2263kg/mm2。在316L不锈钢上沉积CrNx薄膜,氩气/氮气比例大小对薄膜的表面形貌都有重大影响：随着氩气/氮气比例的升高，薄膜表面大颗粒数量增多，尺寸变大，薄膜表面粗糙；氩气/氮气比例大小影响薄膜的相成分：实验过程观察膜层中存在Cr、CrN和Cr2N三种相。氮气/氩气比例为0到40%时，膜层由 Cr2N+CrN混合相转变为Cr2N+Cr混合相，此时薄膜的择优取向为Cr2N（300）。同样实验中没有发现CrN单相薄膜。

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第1章 绪论

1.1 概述

1.2 超硬质涂层的分类

1.3 氮化铬涂层的研究进展

1.4 CrNx薄膜的制备技术

1.5 课题研究的目的和意义

第2章 实验设备和方法

2.1 实验设备

2.2 实验材料的选择和预处理

2.3 薄膜实验方案

2.4 薄膜结构与性能的表征方法

2.5 本章小结

第3章 氮气分压对电弧离子镀CrNx薄膜的影响

3.1 在M2高速钢上沉积CrNx薄膜

3.2 在316L不锈钢上沉积CrNx薄膜

3.3 本章小结

第4章氩气/氮气比例对电弧离子镀CrNx薄膜的影响

4.1 在M2高速钢上沉积CrNx薄膜

4.2 在316L不锈钢上沉积CrNx薄膜

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢