电弧离子镀tin薄膜的制备及其特性研究

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1、独创性声明学位论文题目：皂煎直至笾!i堕夔腿鲍劐釜区基挂性盈究本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。学位论文作者：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院(筹)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，．可以采用影印、缩

2、印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口保密期限至年月止)．学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日两南大学硕+学位论文摘要电弧离子镀TiN薄膜的制备及其特性研究材料物理与化学专业硕士研究生张碧云指导教师聂朝胤摘要氮化钛薄膜是二十世纪八十年代以来发展最快的硬质薄膜，它可以成倍地提高切削刀具和模具的寿命，改善加工表面质量，减少摩擦系数，降低切削刃部的升温，而且允许切削速度大幅度增加的同时能获得很好的加工精度和效率，在机械加工行业获得了广泛的应用。电弧离子镀由于沉积温度低、残余应力小、

3、以及离子能量高、离化率高、膜层致密、附着力强等优点，是目前PVD沉积方法里应用最为广泛的沉积技术。本文采用直流叠加脉冲偏压电弧离子镀在不锈钢、45钢和高速钢表面沉积了TiN薄膜，研究了薄膜的厚膜化技术，并且研究了退火工艺对薄膜硬度、内应力、晶体结构和耐磨性等的影响；研究了多种工艺参数对厚膜化薄膜的硬度、结合强度、表面形貌等的影响；采用瑞士CSM公司生产的微动摩擦磨损试验机对薄膜进行了干式摩擦和在有润滑油条件下的摩擦学行为研究，并且研究了法向载荷、旋转速率、磨损距离等实验参数对摩擦学特性的影响；探讨了薄膜在两种介质中的摩擦磨损机理；比较了薄膜在两种介质中相同

4、条件下的耐磨性；研究了低温沉积TiN涂层刀具在切削不同材料时的切削性能：利用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、x射线光电子能谱(XPS)、维氏硬度计、表面轮廓仪和金相显微镜(0E)对薄膜进行了微观分析，获得的结论主要有以下几点：1．氮气流量和基体负偏压能优化氮化钛晶粒和减少薄膜中的缺陷，使膜层变得更致密，增加氮气流量和提高基体负偏压薄膜的硬度均先增加后减小，在氮气流量为120sccm、直流负偏压为一looV和脉冲偏压为500V时硬度达最大值，并且此时薄膜与基体的结合强度较大；“2．在空气中干摩擦状态下，TiN薄膜的摩擦系数和磨损

5、量与法向载荷、旋转速率等有关，随着法向载荷和旋转速率的增大，薄膜的摩擦系数均减小而磨损量第l页，共5l页两南大学硕十学何论文摘要增大；而在润滑油介质中摩擦系数和磨损量变化很小或不显著；3．在空气中干摩擦状态下，当TiN薄膜与Gcrl5配副时其磨损主要体现为磨料磨损、氧化磨损和粘着磨损；而在润滑油介质中，对偶件和薄膜的磨损都远小于干摩擦状态下，在摩擦界面处形成了一层具有润滑作用的有机膜；4．实验表明，当退火温度为350℃、保温时间为2个小时时，此时TiN薄膜的硬度虽然略有下降但同时其内应力也降低，而结合强度却增大。XRD测试薄膜的择优取向由(111)和(20

6、0)混合织构生长转变为(111)择优生长，并出现了Ti02的衍射峰。5．通过低温沉积技术在高速钢麻花钻上沉积了厚度约4um的Ti／TiN梯度薄膜，在切削45#淬火钢时，刀具的使用寿命提高了近4倍。关键词：TiN薄膜电弧离子镀摩擦系数对偶件摩擦学性能切削第2页，共5l页两南大学硕十学位论文AbstractPreparationandcharacteristicofTiNfilmpreparedbyArcIonPlatingM句or：m2Lte“alphysicsandchemist巧Author：BiyunZhangAdVisors：ChaoyinNieAb

7、stractTiNfilmis0neoftllehardfilmswhichh觞developedmost6-0mIlinteeIlei曲tieS．Itc觚impr0Vethellsinglifeofmec眦ingtools锄dmoulds，melioratenlequalitieSofmemachiningsllrfIace，reducetlle衔ctioncoemciellt觚dpreveIltmecuttingblade舶mtoohot，also，itc觚0btain900dprecisionande伍ciellcy删leincre弱emecutti

8、ngspeed．soitw勰used、videly，eSpecia