使用環(huán)境介質(zhì)對鍍層設(shè)計(jì)及性能影響探究.pdf

1、PVD鍍層由于具有特殊的性能如高硬度、耐磨減磨、氧化溫度高、防腐蝕等，可大大改善材料的表面性能。而鍍膜后的工件、零件在使用時(shí)總會(huì)與周邊的環(huán)境介質(zhì)相接觸。研究環(huán)境對鍍層使用性能的影響，研究鍍層在使用環(huán)境下的失效形式，可對鍍層設(shè)計(jì)時(shí)考慮如何避免薄膜失效提供理論依據(jù)和方向。
　　本文采用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍膜技術(shù)在H13鋼基體上沉積TiAlN單一鍍層，Ti/TiAlN多層復(fù)合涂層，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，模擬鋁壓鑄模具在生產(chǎn)中的實(shí)際情況。分別用

2、光學(xué)顯微鏡和Hitachi S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)從表面和截面觀測鍍層失效形貌并做能譜分析，研究所制備不同涂層在鋁液中加熱的熱疲勞特點(diǎn)及熱疲勞失效機(jī)理;通過觀察鍍層在高溫鋁液中長時(shí)間侵蝕后對表面、截面形貌變化和成分分析等途徑，探討硬質(zhì)鍍層在高溫鋁液中的浸蝕失效機(jī)理;本文亦在W6Mo5Cr4V2高速鋼基體表面沉積不同體系薄膜，研究薄膜與鋁合金之間摩擦磨損特性，并探討薄膜與鋁合金為摩擦副時(shí)薄膜磨擦學(xué)失效機(jī)理。主要結(jié)論有:

3、
　　1、鋁液能對H13鋼發(fā)生較強(qiáng)的腐蝕，使其表面凹凸不平。表面鍍覆單一TiAlN薄膜或Ti/TiAlN多層膜都在一定程度上能阻止鋁液的浸蝕。Ti/TiAlN多層膜表現(xiàn)更佳。完整的Ti/TiAlN多層復(fù)合涂層具有較好的高溫抗氧化性，能有效的保持H13鋼基體未產(chǎn)生裂紋區(qū)域表面的平整。除熱交變應(yīng)力外，鋁液腐蝕與高溫氧化的共同作用，是鋁液中鍍層熱疲勞失效的重要特點(diǎn)。
　　2、致密的TiAlN鍍層在鋁液中具有良好的穩(wěn)定性，不與鋁液發(fā)

4、生反應(yīng)，對基體具有一定保護(hù)的作用。鍍層未覆蓋的邊緣區(qū)域和缺陷部位是高溫鋁液侵入鍍層的主要通道。導(dǎo)致鍍層失效并不是由于鍍層直接與鋁液反應(yīng)，而是由于鋁液與基體生成的反應(yīng)物的作用。本實(shí)驗(yàn)中硬質(zhì)鍍層的失效過程可分為三個(gè)階段，即鋁液滲入階段，鋁液腐蝕階段，鍍層斷裂剝落階段。這三個(gè)階段循環(huán)反復(fù)進(jìn)行，使鍍層大面積剝落而失效。
　　3、6542高速鋼試樣、TiN、TiAlN、CrN、CrMoN和W∶a-C薄膜對磨鋁合金的摩擦系數(shù)在0.3～0.6之