PEMS工艺参数对CrN/Al配副摩擦学行为影响的研究

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铝挤压加工过程中,挤压模具易于黏着铝,磨损严重,严重影响了模具的使用寿命。CrN涂层具有高硬度、高耐磨性等性能,被广泛用于改善铝合金挤压模具的耐磨性和寿命。等离子体增强磁控溅射(Plasma Enhanced Magnetron Sputtering,PEMS)可显著改善涂层的结构和性能,但其工艺参数对CrN/Al配副摩擦学性能的影响尚不清楚。本文通过改变PEMS工艺参数在H13钢表面制备出不同的CrN涂层,研究了工艺参数对PEMS-CrN/Al配副摩擦学行为的影响。得到结论如下:(1)随着偏流的增加,CrN涂层的结构由疏松到致密,偏流为0.1 A和1.5 A时制备的CrN涂层表面具有明显的织构组织;随着偏流的增加,CrN涂层的相结构由Cr(N)相转变为Cr2N相和Cr(N)相最终转变为纯的Cr2N相。CrN涂层的硬度H、弹性模量E、、H/E*、H3/E*2随着偏流的增加而呈现出先提高而后基本不变的规律。随着偏流的增加,摩擦系数呈现出先增大后减小再增大的趋势,CrN涂层试样的磨损率呈现出先减小后增大的趋势,CrN涂层试样表面的铝黏着面积百分比呈现出先减小后增大最后略微减小的趋势;当偏流是1.5 A时,CrN涂层试样表面铝黏着最轻微,耐磨性最好。(2)随着氮气流量的增加,对CrN涂层的致密度没有影响,CrN涂层氮含量逐渐增加。随着氮气流量的增加,CrN涂层的相结构由Cr(N)相转变为Cr2N相和Cr(N)相再到纯的Cr2N相最后出现Cr2N相和CrN相。CrN涂层的硬度H、弹性模量E、、H/E*、H3/E*2随着氮气流量的增加而呈现出先提高再减小的规律。在摩擦磨损初期,摩擦系数随着氮含量的增加会呈现出先增大后减小的趋势,但是随着摩擦磨损试验的进行,摩擦系数均趋于平稳,涂层的磨损率呈现先减小后趋于平稳的趋势。在铝的黏着方面,氮气流量的增加对涂层的抗铝黏着的性能并没有显著影响。但是由于当氮气流量为15 sccm和氮气流量为40 sccm时制备出的CrN涂层力学性能较差,涂层表面的铝在摩擦磨损过程中会随着涂层一起脱落,导致在整个磨痕中涂层表面铝的黏着量随着氮气流量的增加呈现先增大后减小的趋势。
摘要第4-5页
abstract第5-6页
第1章 绪论第9-26页
    1.1 引言第9-10页
    1.2 研究现状第10-24页
        1.2.1 涂层与Al对磨时摩擦学行为的影响因素第10-19页
        1.2.2 CrN涂层摩擦学性能的影响因素研究现状第19-22页
        1.2.4 CrN涂层和铝对磨的磨损机理的研究第22-24页
    1.3 研究内容与创新性第24-26页
        1.3.1 研究内容第24页
        1.3.2 研究方案第24-25页
        1.3.3 论文创新性第25-26页
第2章 实验材料与实验方案第26-33页
    2.1 实验材料第26-27页
        2.1.1 基体材料第26-27页
        2.1.2 对磨材料第27页
    2.2 试样制备第27页
    2.3 表面分析及检测手段第27-33页
        2.3.1 扫描电子显微镜第27页
        2.3.2 X射线衍射仪第27页
        2.3.3 纳米压痕仪第27-28页
        2.3.4 摩擦磨损试验机第28-29页
        2.3.5 表面三维形貌仪第29-31页
        2.3.6 金相显微镜第31页
        2.3.7 原子力显微镜第31-33页
第3章 偏流的对CrN/Al摩擦学行为的影响第33-54页
    3.1 前言第33页
    3.2 偏流对CrN涂层结构的影响第33-36页
        3.2.1 偏流对CrN涂层微观形貌的影响第33-34页
        3.2.2 偏流对CrN涂层表面粗糙度的影响第34-35页
        3.2.3 偏流对CrN涂层相结构的影响第35-36页
    3.3 偏流对CrN涂层力学性能的影响第36-37页
    3.4 不同偏流条件下制备的CrN与铝对磨时的摩擦学性能第37-43页
    3.5 不同偏流条件下制备的CrN涂层与铝对磨摩擦学机理讨论第43-53页
        3.5.1 不同偏流条件下制备的CrN涂层磨损表面微观形貌分析第43-51页
        3.5.2 讨论第51-53页
    3.6 本章小结第53-54页
第4章 氮气流量对CrN/Al摩擦学行为的影响第54-75页
    4.1 前言第54页
    4.2 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层的微观性能特征第54-57页
        4.2.1 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层表面和截面形貌第54-55页
        4.2.2 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层表面粗糙度第55-56页
        4.2.3 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层氮含量变化第56-57页
        4.2.4 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层相结构第57页
    4.3 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层力学性能第57-58页
    4.4 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层与铝对磨时的摩擦学性能第58-64页
    4.5 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层与铝对磨摩擦学机理讨论第64-74页
        4.5.1 不同氮气流量条件下制备的CrN涂层磨损表面微观形貌分析第64-73页
        4.5.2 讨论第73-74页
    4.6 本章小结第74-75页
第5章 结论与展望第75-77页
    5.1 主要结论第75页
    5.2 今后工作的展望第75-77页
致谢第77-78页
参考文献第78-82页
个人简历第82页
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