4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺上多弧離子鍍沉積TiN薄膜的研究.pdf

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（全日制專業(yè)學(xué)位碩士全日制專業(yè)學(xué)位碩士）題目4Cr13不銹鋼游標(biāo)卡尺上多弧離子鍍沉積TiN薄膜的研究（英文英文）ResearchonTiNFilmDepositedbyMultiarcIonPlatingon4Cr13StainlessSteelVernierCaliper研究生學(xué)號(hào):1108520411研究生姓名:張焱指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)職務(wù):高原教授申請(qǐng)學(xué)科門類:工程碩士學(xué)科、專業(yè):材料工程

2、提交論文日期:2014年4月論文答辯日期:2014年6月摘要I摘要近幾年來，全球電子數(shù)顯量具的需求增長(zhǎng)非常迅速，根據(jù)世界幾大量具公司的投入計(jì)劃和數(shù)顯量具的發(fā)展趨勢(shì)可知：全球量具的總產(chǎn)量將在2013年達(dá)到l150萬套左右，量具的市場(chǎng)需求缺口仍然很大，量具行業(yè)的發(fā)展前景十分良好。而中國作為全球第二大量具生產(chǎn)國，早已形成大規(guī)模生產(chǎn)和開發(fā)能力的產(chǎn)業(yè)體系，但國內(nèi)量具行業(yè)與國外同行業(yè)相比，技術(shù)水平相差較大，競(jìng)爭(zhēng)力薄弱。面對(duì)巨大的市場(chǎng)需求，國內(nèi)量具企

3、業(yè)急需開發(fā)新技術(shù)新產(chǎn)品、提升傳統(tǒng)量具產(chǎn)品的質(zhì)量和品味，最終達(dá)到技術(shù)、產(chǎn)品的升級(jí)換代。本研究將廣泛運(yùn)用于刀、模具行業(yè)中的TiN薄膜沉積到通用量具游標(biāo)卡尺表面上，TiN薄膜獨(dú)有的金黃色不但使游標(biāo)卡尺很美觀，而且其高硬度、良好的耐磨性和耐腐蝕性可以大大提高游標(biāo)卡尺的使用壽命。論文首先采用多弧離子鍍沉積技術(shù)，在游標(biāo)卡尺基體材料(4Cr13不銹鋼)以及201不銹鋼以及45鋼表面等對(duì)比基材上沉積TiN薄膜，并采用掃描電鏡檢測(cè)薄膜的表面形貌、薄膜厚度

4、，用X射線儀對(duì)薄膜的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，采用HV1000型硬度計(jì)對(duì)薄膜硬度進(jìn)行了測(cè)定，采用WS2005型劃痕儀對(duì)薄膜的結(jié)合力進(jìn)行了檢測(cè)，采用HSR2M型往復(fù)式摩擦磨損機(jī)對(duì)薄膜耐磨性進(jìn)行檢測(cè)，并利用蔡司光學(xué)顯微鏡觀察薄膜的劃痕和磨損金相；綜合評(píng)定了氬氮流量比、溫度、偏壓、弧電流等工藝參數(shù)對(duì)薄膜顏色及性能的影響，并得出最佳工藝參數(shù)；然后將最佳工藝參數(shù)運(yùn)用到TiN薄膜的生產(chǎn)試驗(yàn)中，使用中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器研制中心生產(chǎn)的多功能生產(chǎn)型硬質(zhì)薄膜鍍膜

5、機(jī)，在廣陸生產(chǎn)的游標(biāo)卡尺上沉積TiN薄膜，并進(jìn)行一些小批量生產(chǎn)和中批量生產(chǎn)試驗(yàn)，并從顏色、硬度、結(jié)合力等性能方面對(duì)前期工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步考核，試圖進(jìn)行TiN薄膜游標(biāo)卡尺的批量生產(chǎn)。1.TiN薄膜工藝研究表明：(1)N2流量直接決定了TiN薄膜的顏色，隨著N2流量的增加，TiN薄膜的顏色是從銀白色淺黃色金黃色深黃色變化。(2)不同基體上沉積的TiN薄膜表面均彌散分布著尺寸不同的液滴，這是Ti靶表面高溫電弧燃燒導(dǎo)致一些微小液滴噴發(fā)出來，這些

6、液滴基本由純Ti組成，硬度較低；基體材料的硬度對(duì)其表面薄膜的結(jié)合力影響較大，當(dāng)基體硬度越高時(shí)，其表面TiN薄膜的結(jié)合力就越大。(3)沉積溫度較低時(shí)，TiN薄膜表面的組織較為疏松隨著沉積溫度的升高，薄膜表面組織開始變得致密，且晶粒開始長(zhǎng)大；薄膜的硬度、結(jié)合力、耐磨性等性能有所提高，過高的沉積溫度使得基體硬度降低，薄膜應(yīng)力增大，從而導(dǎo)致性能下降。(4)弧電流對(duì)TiN薄膜表面質(zhì)量和性能有較大影響，隨著弧電流的增大，薄膜表面的液滴數(shù)目增多，并且