高能喷丸对TA2表面TiN薄膜性能的影响研究

《高能喷丸对TA2表面TiN薄膜性能的影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文高能喷丸对TA2表面TiN薄膜性能的影响研究专业：材料工程硕士生：高鹏指导老师：张聪惠教授摘要工业纯钛(TA2)具有比强度高、耐腐蚀、稳定性好、生物相容性好等优点，但其表面硬度低、耐磨性差，这不仅限制了它的使用范围，同时缩短了它的使用寿命。TiN是应用最广泛的硬质薄膜材料之一，可以延长工具使用寿命、提高工具精度、提高加工效率以及降低加工成本。高能喷丸是一种改善材料表面化学活性的常用工艺，同时具有成本低、易于控制、技术成熟等特点。为了获得耐磨性能更优异的TiN薄膜，将高能喷丸法（HESP）与脉冲磁控溅射法（PMS）相结合，对

2、TA2表面分别进行HESP+抛光（粗糙度小于0.01μm）处理、HESP+退火+抛光（粗糙度小于0.01μm）处理、HESP处理以及HESP+退火处理，再在5种TA2表面上沉积TiN薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分别对TiN薄膜微观结构、表面形貌以及横截面形貌进行了表征；采用划痕仪、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机分别对膜基结合力、纳米硬度和弹性模量以及耐磨性能进行了测试。研究了4种工艺对TA2表面TiN薄膜的微观组织、力学性能以及耐磨性能有何影响，并且对4种工艺效果进行相互对比，分析HESP的三个影响因素（表层残余应力、表面粗糙度

3、、表层纳米组织)分别对TA2表面薄膜性能有何影响，同时得出TA2表面耐磨性能最佳的实验参数。结果表明：对TA2进行HESP处理，可以提高膜基结合力、增大TiN薄膜沉积速率，但会增大TiN表面薄膜粗糙度、降低致密性，最终降低耐磨性能；对TA2进行HESP+抛光（粗糙度小于0.01μm）处理，可以细化TiN薄膜的组织，提高膜基结合力，进而提高TiN薄膜的硬度以及耐磨损性能；对TA2进行HESP+退火+抛光（粗糙度小于0.01μm）处理，可以进一步细化TiN薄膜晶粒、增大薄膜硬度，获得耐磨损性能更好的TiN薄膜；对TA2进行HESP+退火处

4、理，其表面TiN薄膜的耐磨性能也是下降的，但可以提高薄膜沉积速率；HESP的三个影响因素中只有表层纳米组织对TA2表面TiN薄膜力学以及耐磨性能的提升是有利的，与残余应力相比，表面粗糙度对薄膜耐磨性能降低的硕士学位论文影响更大；随着HESP时间的延长，4种工艺处理后TA2表面TiN薄膜的耐磨性能都不断提高；HESP40min+退火+抛光（粗糙度小于0.01μm）处理的TA2表面TiN薄膜耐磨性能最好，比磨损率降低了约5/6。关键词：高能喷丸(HESP)；TiN薄膜；膜基结合力；力学性能；耐磨性能本研究得到国家自然科学基金项目（编号：5

5、1674187）；陕西科技统筹创新工程计划项目（编号：2015KTCQ01-80）的支持。硕士学位论文EffectofhighenergyshotpeeningonthepropertiesofTiNthinfilmonTA2surfaceSpecialty:MaterialEngineeringName:GaoPengInstructor:Pro.ZhangConghuiABSTRACTIndustrialpuretitanium(TA2)hastheadvantagesofhighspecificstrength,corrosio

6、nresistance,goodstability,andgoodbiocompatibility,butitssurfacehardnessislowanditswearresistanceispoor,whichnotonlylimitsitsscopeofuse,butalsoshortenitsservicelife.TiNisoneofthemostwidelyusedhardfilmmaterial,whichcanextendtoollife,improvetoolaccuracy,increaseprocessinge

7、fficiency,andreduceprocessingcosts.High-energyshotpeeningisacommonlyusedtechnologyforimprovingthechemicalactivityofthesurface,andhasthecharacteristicsoflowcost,easycontrol.InordertoobtainaTiNfilmwithbetterwearresistance,highenergyshotpeening(HESP)andpulsedmagnetronsputt

8、ering(PMS)werecombinedtoperformtheTA2surfacebyHESP+polishing(roughnessislessthan0.01μm),HESP+annealing+polishi