碳钢表面双辉渗镀tic及ticn膜的工艺和性能研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要TiN类薄膜具有高强度、高硬度、化学稳定性好、耐磨及防腐蚀等一系列优点，其涂层被广泛作用于机械工业中的刀具、模具等表面，是具有巨大应用前景的薄膜材料。针对现有制备工艺中所存在的弊端，本文采用了双层辉光渗金属技术渗镀TiN类薄膜。本文主要探索了双辉渗镀TiC和Ti(CN)薄膜的工艺及机理，对渗镀工艺方案及参数进行了优化，对渗镀层的微观组织、结构、结合强度、耐磨性、耐腐蚀性进行了表征，分析了各表征结果，并探讨了相关机理，研究了多元合金渗入顺序对Ti(CN)渗镀层质量的影响。结果表明：采用一种方波式的源极结构，利用化合物原

2、位合成及薄膜外延生长的原理可在低碳钢表面渗镀薄膜；渗镀层的厚度可超过20µm，其组织结构致密，与基体结合处无孔洞与裂纹；TiC渗镀层内只生成TiC相，Ti(CN)渗镀层内则可依工艺参数生成TiC0.7N0.3和TiC0.2N0.8两种不同结构的物相；渗镀层与基体结合良好，结合力最高可达到70N以上；渗镀层的表面硬度高，可超过2500HV，具有很好的耐磨性，可较基体提高7倍以上；渗镀层具有很好的耐腐蚀性，在3.5%NaCl和5%H2SO4水溶液中，渗镀层的耐腐蚀性均是基体的4倍以上；C、N、Ti渗入顺序会对渗镀层组织结构及性能产生很大的影响，在制备T

3、i(CN)渗镀层时的合金元素最佳供给方式是三元共渗。以上研究结果必将为双辉制备TiN类薄膜的理论与应用研究提供重要的参考价值。关键词：双辉，渗镀，薄膜，TiC，Ti(CN)，磨损，腐蚀i碳钢表面双辉渗镀TiC及Ti(CN)膜的工艺和性能研究ABSTRACTTiN-likefilmsrepresentaclassofmaterialswithhighstrengthandhardness,goodchemicalstability,wearandcorrosionresistance.Sothesematerialshavewideapplicati

4、onprospectinengineeringfield,suchasthesurfaceofcuttingtools,diesandsoon.Butthecurrentpreparationtechnologyoffilmsexistsomeshortagesormuchorlittle,soanewtechnologywhichisnameddouble-glowplasmaalloying(DGPAT)isusedinthisstudy.Inthispaper,theprocessesandmechanismofformingTiCandTi

5、(CN)filmsbyDGPAThadbeenresearched.Theoptimizationoftechnologicalconditionofpreparingcoatinghadbeendiscussed.Microstructure,adhesion,wearresistanceandcorrosionresistanceoffilmshadbeenstudied.Atlast,theeffectofalloyingsequencewithC、Ti、Nonfilmshadalsobeenresearched.Theresultsshow

6、thatexcellentfilmshavebeenpreparedsuccessfullywithaspecialstructureofsourcebythetheoryofin-situsynthesisandepitaxialgrowth.Thethicknessoftwofilmscanbeupto20µmandtherearenoimpuritiesandcracksatconnections.InTiCfilms,theonlyonenewphasehavebeenproduced,whiletherearetwodifferentph

7、asestructuresinTi(CN)filmswhichareTiC0.7N0.3andTiC0.2N0.8respectively.Theadhesionbetweenfilmsandsubstratesisgoodandthebestisabove70N.Thesurfacehardnessoffilmsishighandsomeareover2500HV.Sointheabradeexperiment,filmsexpressedgoodwear-resistancewhicharemore7timesthansubstrates.Me

8、anwhilethecorrosionresistanceoffilmsiswell,whichisover4timest