H62/Cu和QAl9-4/Cu同基合金磁控电弧离子镀研究

摘要

同基合金电弧离子镀技术是最近几年开发的一种新型的表面沉积技术。前期工作主要是研究电弧在非磁控的条件下进行的沉积，在加磁控条件下尚未进行具体的探索与研究。为此，本课题研究了磁控条件下在纯铜表面施镀H62和QA19-4的工艺、镀层化学成分及成分分布、镀层组织、镀层显微硬度分布及镀层与基体结合强度等，与前期非磁控条件下QA19-4/Cu同基合金离子镀进行了对比分析。 H62/Cu同基合金磁控电弧离子镀试验结果表明：在加磁控的条件下，镀层组织致密，镀层主要由三部分组成：过渡层(伪扩散层+真扩散层)、细晶层和蘑菇状晶粒层。由于结合界面处存在反溅射混合和组成元素互扩散形成的过渡层，使得镀层和基体有很好的结合强度。在加磁控的条件下施镀的镀层与镀材的化学成分基本相同，但成分存在差异，这可能与工艺参数及工作条件有关。H62/Cu镀层存在多种铜锌化合物相，与整体铜合金镀材一致，弥散分布的化合物相使镀层得到强化。沉积速率与工艺参数有关，弧电流越大，试样与靶面距离的越短，沉积速率就越高。且弧电流对镀层晶粒大小有较大影响，弧电流较小时镀层晶粒较细，而弧电流较大时镀层的晶粒粗大。 QA19-4/Cu同基合金磁控电弧离子镀试验结果表明：在磁控与非磁控条件下，两种镀层都存在过渡层。沉积层的化学成分及相结构与镀材基本一致。除固溶Al的α相外，两种条件下镀层中均含有AlCu、AlCu<,3>、CuAl<,2>等化合物相，其组织相当于焊接或铸态组织。在加磁场条件下由于增加了带电粒子的能量，使发射粒子在电磁场约束下运动，在磁场力的作用下加速发射，加大了对试样表面的冲击力，从而提高了沉积速率，减少了过渡层的生长时间。磁控条件下的镀层显微硬度大于非磁控条件下的镀层显微硬度。由于磁控沉积粒子得到细化，有助于形成致密的镀层，增加了镀层和基体的结合强度。与离子渗金属改性层相比较，同基合金磁控离子镀层全部为有效改性层。与渗金属不同的是工件无需整体加热，只是工件表面受到瞬间高温粒子流的作用使表面薄层温度较高，工件整体温度较低，从而工件畸变小。而且镀层的成分可通过调整镀材成分来控制。与异质合金离子镀相比，由于同基合金离子镀镀材与基材的基本元素(含量最高的)相同，镀材、基材有关物理性能参数差异较小，镀层厚度范围可较大地放宽。 本课题的探索与研究将为以节能、节材、清洁著称的离子表面改性技术的发展注入新的活力。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1铜及铜合金

1.1.1铜的特性及用途

1.1.2铜合金的主要研究方面

1.2表面工程概述

1.2.1表面工程概述及相关理论

1.2.2表面工程技术的分类及作用

1.2.3表面工程技术的发展

1.2.4铜的表面合金化

1.2.5铜的表面涂镀技术

1.3常用离子表面改性技术

1.3.1磁控溅射

1.3.2离子镀

1.3.3电弧离子镀

1.3.4多弧离子镀

1.4同基合金电弧离子镀技术概述

1.4.1同基合金电弧离子镀技术主要特点

1.4.2同基合金离子镀的创新点

第二章课题的提出与研究目标

2.1课题的提出

2.1.1课题提出依据

2.1.2镀材的选择

2.1.3磁控的作用

2.2本课题的研究目标

第三章实验设备

3.1试验设备

3.1.1设备主体

3.1.2设备主要部件及参数

3.2对设备的改进

3.2.1试样架的改进

3.2.2引弧钩的改进

3.2.3真空过滤网的改进

3.3同基合金电弧离子镀技术的工艺

3.3.1同基合金电弧离子镀技术工艺流程

3.3.2同基合金电弧离子镀技术工艺参数的选择

3.4小结

第四章H62/Cu同基合金磁控电弧离子镀研究

4.1引言

4.2实验材料和方法

4.3实验结果与分析

4.3.1工艺参数与镀层厚度及沉积速率

4.3.2镀层的成分分析

4.3.3镀层的形貌

4.3.4镀层的相结构

4.3.5镀层的显微硬度

4.3.6镀层的结合强度

4.4小结

第五章QA19-4/Cu同基合金磁控电弧离子镀研究

5.1引言

5.2实验材料与方法

5.3试验结果与分析

5.3.1工艺参数与镀层厚度及沉积速率

5.3.2镀层化学成分

5.3.3镀层相结构分析

5.3.4镀层的显微组织

5.3.5镀层的显微硬度

5.3.6镀层与基材的结合强度

5.4小结

第六章总结论和建议

6.1总结论

6.2建议

参考文献

致射

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