A grafit-cél és a titáncél-kombinált permetezés által előállított TiCN vékony filmek szerkezete és tulajdonságai

Grafitcél és titán célpermetálással előállított TiCN vékonyrétegek szerkezete és tulajdonságai

A TiCN vékonyrétegeket az M2 nagysebességű acélszubsztrátumon készítettük grafit cél és titán célpont permetezésével nitrogén és argon kevert atmoszférájában. A TiCN vékonyréteg mikroszerkezetét és szerkezetét pásztázó elektronmikroszkóppal és röntgen diffraktométerrel analizáltuk. A TiCN vékonyréteg keménységét nano-bemélyedő műszerrel teszteltük. Eközben a TiCN vékonyréteg és a mátrix kombinációját a bemélyedési módszerrel és a karcolási módszerrel értékeltük. Az eredmények azt mutatják, hogy a TiCN vékonyrétegben lévő C atomok szilárd oldat formájában léteznek TiN rácsban, a TiCN vékony film orientációja (111 ) a kristályfelület nyilvánvalóan gyengébb, mint a TiN vékony filmé, a TiCN vékony film törése hosszú blokkszerkezet, keresztirányú mérete kisebb, mint a TiN vékony filmé, és a TiCN vékony film felülete konkáv és domború. A TiCN vékonyréteg és a mátrix közötti kötőerő körülbelül 40 N, a C atom pedig szilárd oldatot erősítő és finom kristályerősítést eredményez TiCN vékony filmben. A TiCN vékonyréteg keménysége a TiN film 20,3-ról 33,4 GPa-ra nő. A TiCN fólia jó kitapadóképességgel rendelkezik, és a TiCN filmcsapok élettartama jelentősen javul, ha 40Cr anyagot használunk, mint a TiN filmcsapok és a nem bevont csapok.

A modern vágási technológia gyors fejlődése magasabb követelményeket támaszt a vágószerszámok anyagával és tulajdonságaival szemben. A szerszám teljesítményének javításának egyik lehetséges módja a keményfóliát a szerszám felületére helyezni . A TiN, a TiC, a TiCN és a TiAlN keményfólia több szerszám felületvédő réteg korai megjelenése, még mindig széles körben használatos a mechanikai védőfólia területén. A TiCN vékony filmeket széles körben használják a vágószerszámok, öntőformák és kopásálló alkatrészek nagy keménységük és alacsony súrlódási együtthatójuk miatt. A CN vékonyrétegeket főként gőz-lerakódással készítik el, ideértve a kémiai gőz-lerakódást (CVD) és a fizikai gőz-lerakódást (PVD). A 850 above feletti kemence hőmérséklete által előállított vékonyréteg CVD folyamata , általában a közepes hőmérsékletű kémiai gőz-lerakódási technika (MT - CVD), üzemi hőmérséklete kb. 600 ℃, az általános túl az acélforma és a hőkezelési hőmérséklet részei. az eljárás nem alkalmas acél hordozóra történő bevonásra. Az 500 below alatti üzemi hőmérsékleten előállított vékony film PVD képes kielégíteni az acél aljzat bevonatának követelményeit.

Jelenleg a PVD-módszerek többsége CH4-et vagy C2H2-t használ a C forrásként a TiCN vékonyrétegek előállításához. Az előkészítési eljárás során a különböző gázelemek arányával és különböző tulajdonságokkal rendelkező TiCN vékony filmeket a gázáram arányának beállításával lehet elérni. Azonban ez a módszer azzal a problémával jár, hogy a túlzott szénforrás gáz komoly szennyezést okoz a bevonat belső szerkezetének. a kemencék teste és a kemence falában levő maradék szén laza réteg a következő bevonatban szabadul fel, zavarva a fólia lerakódási atmoszféráját, amely nem segíti elő a folyamatos termelést, és gyakran vezet a film munkadarab instabil teljesítményéhez. ipari termelésben.

A szilárd C-forrás használata a TiCN-fólia elkészítéséhez jelentősen csökkentheti vagy elkerülheti a kemence testének szennyezését. A reaktív mágneses permetezés a PVD módszer egyik fő technológiája. Az ezzel a módszerrel előállított bevonófelület nem rendelkezik nagy részecske-jelenséggel, de jó felületi minőséggel rendelkezik, és felhasználható TiCN vékony filmek előállítására acélmátrixon. Guojun Zhang és mtsai. a nitrogén és argon kevert atmoszféra alatt elkészített TiCN fóliákat grafitcél és titán célzással. Azt jelezték, hogy a grafitcél sputterezési teljesítményének és lerakódási hatékonyságának növekedésével az ugyanabban az időben kapott filmek teljes vastagsága és modulációs ciklusa nőtt. A sputterező cél teljesítmény növekedésével a TiCN vékony film szerkezete megváltozott, és a kristály sík tájolása (111) és (220) fokozatosan gyengült. A TiCN vékonyréteg keménysége először megnövekedett, majd csökkent, és a z * nagy keménysége meghaladta a 40 GPa-t. A TiCN vékonyréteg súrlódási együtthatója csökkent a grafitcél sputterezőerejének növekedésével, és z * maradt 0,2.xu körül junhua et al. elkészített TiCN vékonyrétegek szilárd szénforrással, magnetronos porlasztási technológiával. Az ebben a vizsgálatban kapott grafit sputtering target power hatása a TiCN vékonyrétegek szerkezetére és keménységére alapvetően megegyezett a grafit sputteráló áramával. Azonban a vákuumtechnológiai hálózat (http://www.chvacuum.com/) szerint a fenti kutatási jelentések egyike sem tárta fel a TiCN vékony filmek összetételét. Nem világos, hogy a szilárd szénforrások felhasználásával előállított TiCN vékonyrétegek szén-tartalma mennyi legyen, és a TiCN vékonyrétegek és a mátrix közötti kötési szilárdságot nem vizsgálták.

Ez a tanulmány a Sichuan Egyetem RZP-800 közepes frekvenciájú reaktív mágneses permetező bevonógép kutatását és fejlesztését használja fel, grafit célt használva szénforrásként a CH4 vagy a C2H2 helyett nitrogén és argon atmoszféra keverékében, a grafit célú TiCN film permetezésével. és a titán célpontja, valamint a TiCN fólia összetételének, szerkezetének, keménységének és kötési szilárdságának megszerzésére szolgáló előkészítési módszer elemzése, valamint a kutatás, egyidejűleg a lerakódás TiCN fóliájának a nagysebességű acél felületén történő gyakorlati alkalmazásának vizsgálata. Koppintson a.

1. Kísérleti módszerek

1.1 anyagok és filmkészítő technológia

Az M2 nagysebességű acél szubsztrát anyagként való kiválasztása, a minta mérete 6 mm x 10 mm x 6 mm, és ugyanaz a szövet fabric 10 mm-es specifikációs csapszelvény készítése. A porlasztási célpontok egy pár titáncél (tisztaság: 99,99%) és egy pár grafitcél (tisztaság 99,99%), és a két céltárgy (4 célpont) váltakozva és egyenletesen el van helyezve a bevonó falon. A mintát polírozottuk, hogy a szeme felületén látható és a tükörfelületre polírozott makroszkopikus karcolásokat eltávolítsuk. Ezután a csapot és a mintát homokfúvottuk össze a felületi rétegben lévő szennyezés eltávolítása érdekében. Ultrahangos tisztítás után a mintát szárítottuk, és a kemencébe töltöttük. Vákuumban 9,0 10-3 Pa-ra, előmelegítettük a munkadarabot 60 percig, majd az argonion bombázás hatását etcházni és a szubsztrátumot 30 percig negatív előfeszítéssel tisztítani. .A fólia és a mátrix közötti kötési szilárdság javítása érdekében a párologtató tégelyben lévő Ti fém tömbök egy réteg Ti fém átmeneti réteget helyeznek el a mátrixon. Z * után 4,5 10-1 Pa nyomáson sputterezett grafit A cél- és titáncélokat TiCN vékonyrétegek előállítására használtuk 3 órán át. A bevonatot 1 órán át hűtöttük, és a mintákat kivettük .

1.2 a vékony filmek szerkezete és teljesítmény jellemzése

A TiCN vékonyréteg törésszerkezetét és felületi morfológiáját az s-4800 (Hitachi, Japán) SEM vizsgálta, és a film elemtartalmát EDS.X 'Pert Pro (Philips, Holland) röntgendiffrakcióval (XRD) vizsgáltuk. ) a bevonat fázisösszetételének és szemcseméretének elemzésére használtuk. A bevonat keménységének és rugalmassági modulusának elemzésére a Nano Indenter XP vizsgálati rendszert (Agilent, Amerika) használtuk. a film és a mátrix közötti szilárdság. A Hr-150a rockwell keménységmérőt használtuk a bemélyedési eljáráshoz, és a terhelés 150 kg volt. A karcolási módszer hh-3000 karcoló tesztelőt alkalmaz, és a terhelés 100N. A Z5135 függőleges fúrógépet a csap vágási tesztjéhez használták. A fúrógép orsó-fordulatszáma 530 / perc volt, a csapolóanyag 40 ° C-os hígított és edzett acél volt, és a kioltás és temperálás keménysége HRC29 ~ 32 volt.

2, a következtetés

Szilárd szénforrás felhasználásával a grafit cél és a titán célpontot reaktív mágneskromatográfiás technológiával társították a TiCN vékonyrétegek előállítására nagysebességű acél hordozón. A kapott TiCN vékonyrétegek szerkezetét és tulajdonságait szisztematikusan elemeztük, és a következtetések:

(1) a TiCN vékony film törése egy hosszú blokkszerkezetet mutat, amely merőleges az interfészre. A TiCN vékonyréteg felületén a konavo-konvex szerkezet gyengébb volt, mint a TiN vékony filmé, míg a TiCN vékony film felületén több mikrorészecske volt. A TiCN vékony film szilárd oldatot képez TiN-en alapul. A C atom hozzáadása jelentősen csökkenti a vékonyréteg diffrakciós csúcsát a (111) kristályfelületen.

(2) a szilárd atom szilárdságának és a C-atom finom kristályerősítésének köszönhetően a TiCN film keménysége jelentősen javult a TiN filmhez képest, és a TiCN film keménysége 33,4 GPa volt. Miután a Ti átmeneti réteget szubsztrátként használtuk, a TiCN fólia és a TiN film és az M2 nagysebességű acél hordozó közötti kötési szilárdság nem volt szignifikáns különbség, mindkettő körülbelül 40 N volt.

(3) a TiCN-fólia kopási formája főleg koptató kopás, amely súrlódás és kopás közben a film felületén szénátadási filmet képez. A film a szilárd kenés és a súrlódás elleni küzdelemben játszik szerepet. A 40Cr anyag használatakor a TiCN filmcsapok élettartama jelentősen javul, ami 3-szor nagyobb, mint a nem filmes csapoké, és 1,6-szor nagyobb, mint a TiN filmcsapoké.

IKS PVD, permetező bevonó gép, lépjen kapcsolatba: iks.pvd@foxmail.com