热阴极离子镀制备crnx薄膜及抗氧化性能研究

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1、西华大学硕十学位论文热阴极离子镀制备CrNx薄膜及抗氧化性能研究材料学专业研究生曹晓英指导教师赵广彬金属切削是零件成型的最主要加工手段之一，在制造业中占有十分重要的地位。近年来，随着数控技术不断发展，尤其是高速切削和干切削技术的广泛应用，对刀具的要求也明显提高，由于刀刃与加工材料接触面产生大量切削热，刀具刃部散热困难，热磨损或氧化磨损严重，故使得材料加工精度降低。为了修复刀具与延长刀具寿命，可以用物理气相沉积技术在刀具表面镀硬质薄膜。本论文系统研究了热阴极离子镀技术制备CrNx硬质薄膜的抗氧化性能。采用国产XH．830型热阴极离子镀膜机，在GCrl5轴承钢和YG6硬质

2、合金表面制备CrNx薄膜，并对薄膜做不同温度的氧化实验，对不同氧化温度下薄膜的相结构、成分、断口形貌进行了分析，还分析了薄膜的力学性能及抗氧化性能，最后探索了CrNx抗氧化机理。研究结果表明：用热阴极离子镀技术能够制备出CrNx硬质薄膜，XRD分析得到CrNx薄膜由Cr2N和Cr组成。在不同的氧化温度下相结构不同：在400℃时出现低温相Cr23C6，高于400℃时分解；在500℃时出现CrN相；温度大于679。C时CrN可以转化成Cr2N，CrN相消失，同时产生了氧化物Cr203；温度在700～800℃之间，没有新相产生。通过XPS对不同氧化温度下薄膜成分的化合价态和

3、相对含量的分析表明：随氧化温度的升高依次产生Cr-O、N．O键，Cr-O分别来自Cr203和Cr03，但XRD未检测到Cr03。CrN向Cr2N和Cr203转变都会释放N2，使O的相对含量升高，N的相对含量降低。在400．-600。C之间，Cr、0比逐渐降低；650～750两华大学硕士学位论文℃之间，Cr、O比接近l：1．5，接近Cr203的化学计量，表明形成完整的Cr203氧化膜。扫描电镜断口分析表明：薄膜的厚度约为49m，膜层呈柱状晶，膜一基界面清晰，结合处连续。650℃时试样表面平整且没有大量的凹坑，膜层呈细柱状晶；700、750℃时，膜层表面产生约0．39m和

4、0．61am的氧化层，膜层晶粒长大呈粗柱状晶，750℃时膜层内开始产生孔洞；800℃时产生较多的孔洞，薄膜保护作用很小。薄膜的显微硬度和结合强度都随氧化温度的提高而逐渐降低。氧化温度达到800℃时，硬度接近基体硬度，结合强度很低。氧化温度达到650℃时试样开始增重，随温度的升高，增重越明显。氧化反应速率随温度升高而增加，得到本实验条件下CrNx硬质薄膜抗氧化温度最高达750℃。根据XRD、XPS、SEM、显微硬度和结合强度等综合分析，CrNx硬质薄膜在700℃的工况下使用效果最佳。关键词：热阴极离子镀；CrNx；抗氧化性；结构；西华大学硕士学位论文Preparatio

5、nofCrNxfilmbyhotcathodeionplatingandresearchonoxidationresistanceMaterialSciencePostgraduateCaoXiaoyingSupervisorZhaoGuangbinMetalcuttingisoneofthemostimportantmethodsinpartmolding，playingansignificantroleinmanufacturalareas．Inrecentyears，whennumericaltechnologydeveloped，especiallytheap

6、plicationinfastcuttinganddrycutting，therequirementofthecuttershastObeenenhanced,thecuttingenergywhichcanbedifficulttOeliminateisproducedbetweenthecuttingedgeandtheworkmaterialsurface，wearingandoxidationseverely,costingtheprocessingaccuracyInordertOrepairthebittoolandelongatethelifeperio

7、d，hardfilmsarepreparedbyphysicalvapourdepositiononbittoolsurface．OxidationresistanceofCrNxhardfilmspreparedbyhotcathodeion—platingisinvestigatedinthispaper．CrNxfilmsispreparedonthesurfaceofGCrl5bearingsteelandYG6cementedcarbidebythetypeofXH一830ion-platingequipmentinthisexperime