輕工業(yè)純鐵等離子體體氮化及Ti TiN多層地膜沉積復(fù)合解決鉆研
為改善輕工業(yè)純鐵的耐磨抗侵蝕性能,白文采納低偏壓高頻等離子體浸沒離子注入及氮化技能(HLPⅢ)對輕工業(yè)純鐵繼續(xù)名義改性,而后利用非失調(diào)磁控濺射技能(UBMS)在工業(yè)氣壓高頻等離子體浸沒離子注入及氮化解決樣品名義制備Ti/TiN多層膜。鉆研發(fā)現(xiàn),輕工業(yè)純鐵在3.5kV脈沖電壓(效率15.15kHz,占空比25%)下品離子體注入及氮化3h后,名義構(gòu)成了深淺達4μm的氮化層,其相構(gòu)造以ε-Fe3N和γ-Fe4N構(gòu)造為主。等離子體氮化及Ti/TiN多層地膜沉積復(fù)合解決后,輕工業(yè)純鐵的硬度、耐磨損性能以及抗侵蝕性能均失去大大普及,等離子體注入及氮化構(gòu)成的氮化層無利于普及Ti/TiN多層地膜與輕工業(yè)純鐵基體之間的聯(lián)合力和耐磨性。
等離子體體加工解決,比如氮化、碳化等,在輕工業(yè)刃具及整機上失去寬泛利用,這種步驟能夠改觀非金屬名義化學(xué)成份、構(gòu)造,構(gòu)成新相,從而普及資料名義的硬度、耐磨損以及抗侵蝕等特點,預(yù)防資料過早的生效。地膜沉積技能是資料名義改性的一個不足道目的,經(jīng)過在資料名義上沉積相反性能的地膜,從而普及資料名義的硬度、耐磨損等特點。地膜沉積技能中,地膜與基體的聯(lián)合強度很不足道,兩者之間的聯(lián)合力定然水平上在于于基體的性質(zhì)和構(gòu)造。在沉積地膜之前,用等離子體體對基體名義繼續(xù)解決,在基體名義構(gòu)成定然特點的改性層,是普及地膜與基體的聯(lián)合力的要害,等離子體氮化與地膜沉積技能聯(lián)合起來對資料名義繼續(xù)復(fù)合改性,對普及資料的各項性能有著重粗心思。
TiN地膜因為存在高硬度、優(yōu)質(zhì)的耐附著磨損性能、良好的抗侵蝕性能失去寬泛利用,在作件名義沉積TiN地膜之后退行等離子體氮化無利于普及地膜的耐磨性和地膜與基體的聯(lián)合強度,很多鉆研者率先對鈦合金、鋁合金、不銹鋼等資料繼續(xù)等離子體氮化解決,再沉積TiN地膜,改善了資料名義的機械性能并普及了膜基聯(lián)合力,其硬度、耐磨損、抗氧化及抗侵蝕性能等顯然普及,無利于縮小地膜名義與基體開裂偏向,同聲改善其附著磨損性能。白文采納工業(yè)氣壓高頻等離子體浸沒離子注入及氮化技能(HLPIII)對輕工業(yè)純鐵繼續(xù)名義解決,進一步利用非失調(diào)磁控濺射技能(UBMS)在氮化的輕工業(yè)純鐵上制備了Ti/TiN多層膜,鉆研了復(fù)合解決后資料的機械性能以及抗侵蝕性能。1、試驗步驟1.1、樣品制備
將純度為99.8%的輕工業(yè)純鐵加工成(<10mm×1.5mm的試樣,順次用240#到1200#的SiC砂布濕磨,再用1μm的金剛石拋光液對名義繼續(xù)機械拋光。樣品解決前通過鹽酸安非拉酮和乙醇的低聲波蕩滌,并在真空室內(nèi)經(jīng)氬離子預(yù)濺射,去除樣品名義的凈化物。1.2、等離子體氮化及TiN地膜的制備
利用多性能等離子體體浸沒離子注入設(shè)施繼續(xù)高頻工業(yè)氣壓等離子體體浸沒離子注入及氮化,真空室本底真空度為2.5×10-3Pa,通入氮氣,N2分壓為0.5Pa,利用射頻電感嚙合形式激起構(gòu)成氮等離子體體,經(jīng)過在作件上強加3.5kV(效率15.15kHz,占空比25%)的脈沖負偏壓對輕工業(yè)純鐵繼續(xù)離子注入及氮化,等離子體注入及氮化工夫為3h。
利用UBMS450型高真空非失調(diào)磁控濺射設(shè)施,在離子注入及氮化后的輕工業(yè)純鐵名義進一步分解Ti/TiN多層地膜。本底真空度為1.8×10-3Pa,濺射靶材為純鈦(99.9%),基體熱度為20℃,濺射直流電3A,基體負偏壓50V,靶基距100mm,制備TiN地膜時,氮氣和氬氣的流量比為8sccm∶60sccm,制備純鈦地膜時氮氣和氬氣的流量比為0∶60sccm,一個調(diào)制周期內(nèi)Ti和TiN沉積工夫別離為72s和182s,共4個周期,地膜總薄厚約為800nm。
3.5kV電壓下離子注入及氮化的樣品以F3.5示意,氮化及沉積Ti/TiN多層地膜復(fù)合解決的樣品以F3.5/Ti/TiN示意,輕工業(yè)純鐵名義間接制備Ti/TiN多層地膜樣品以Fe/Ti/TiN示意。1.3、氮化層及TiN地膜的性能檢測
利用X射線衍射儀(XRD)綜合氮化層、Ti/TiN多層膜的構(gòu)造;利用X射線光電子能譜(XPS)綜合等離子體注入及氮化后樣品名義化學(xué)成份;利用掃描電子顯微鏡(SEM)和電子能量色散X射線譜儀(EDX)視察工業(yè)氣壓高頻等離子體體浸沒離子注入及氮化后樣品的斷面組織形貌和成份;利用HXD21000顯微硬度計測試復(fù)合解決后樣品的顯微硬度;利用瑞士CSEM公司銷盤式附著試驗機評估復(fù)合解決樣品的耐附著磨損能,依據(jù)磨痕幅度、深淺及磨痕形貌評估樣品的耐磨性;利用PS168電化學(xué)作業(yè)站測試復(fù)合解決后樣品的耐侵蝕性,依據(jù)陽極極化曲線綜合樣品的耐侵蝕性;利用WS297型聯(lián)合力探測儀測定了Ti/TiN多層地膜的膜基聯(lián)合強度,依據(jù)聲信號產(chǎn)生漸變的載荷與劃痕光學(xué)照片,綜合綜合地膜的膜基聯(lián)合力。2、試驗后果與探討
圖1為等離子體浸沒離子注入及氮化后樣品的X射線衍射圖譜,采納Cu靶,掠射角5°。從圖中能夠看出,在3.5kV脈沖電壓下繼續(xù)注入及氮化,在輕工業(yè)純鐵名義構(gòu)成氮化物,氮化物構(gòu)造重要為ε-Fe3N和γ-Fe4N。
圖1 等離子體注入及氮化后樣品X射線衍射圖譜 圖9 等離子體氮化和未氮化基體上的Ti/TiN多層地膜陽極極化曲線
圖9為等離子體氮化和未氮化基體上的Ti/TiN多層地膜陽極極化曲線,電解液為0.9wt%NaCl溶液,從圖中能夠看出經(jīng)等離子體氮化和Ti/TiN復(fù)合解決后,自侵蝕電位增多,侵蝕直流電密度減小,名義抗侵蝕性大大普及,而純鐵抗侵蝕性最差。這可能是所以復(fù)合解決后,復(fù)合改性層的薄厚比繁多改性層薄厚大得多,同聲使名義變得更致密,阻擋了Cl-對純鐵進一步侵蝕。3、論斷
白文鉆研了輕工業(yè)純鐵等離子體體氮化及Ti/TiN多層地膜沉積復(fù)合解決后樣品的機械性能以及抗侵蝕性,后果表明:輕工業(yè)純鐵經(jīng)過工業(yè)氣壓高頻等離子體注入及氮化(HLPIII)名義解決,在-3.5kV的脈沖偏壓下,名義構(gòu)成了以ε-Fe3N和γ-Fe4N相為主的氮化層,利用直流反響非失調(diào)磁控濺射進一步在氮化后樣品上制備Ti/TiN多層膜,通過復(fù)合解決后,樣品硬度和耐磨性進一步普及,在0.9wt%NaCl溶液,其耐侵蝕性最好。復(fù)合解決和一經(jīng)氮化的基體上Ti/TiN多層地膜樣品的臨界載荷別離為12N和2.3N,注明輕工業(yè)純鐵經(jīng)等離子體注入及氮化后普及了膜基聯(lián)合力。
羅茨水環(huán)真空機組、羅茨旋片真空機組
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