Struktura i svojstva tankih filmova TiCN pripremljena grafitnom metom i titanijumom

Struktura i svojstva TiCN tankih filmova pripremljenih grafitnim metom i titanijumom

TiCN tanke folije su pripremljene na M2 brzoreznom čeličnom supstratu nanošenjem grafitnog meta i titanova u mješovitoj atmosferi dušika i argona. Mikrostruktura i struktura TiCN tankog filma analizirani su skenirajućim elektronskim mikroskopom i rendgenskim difraktometrom. Tvrdoća TiCN tankog filma testirana je instrumentom za nano uvlačenje. U međuvremenu, kombinacija TiCN tankog filma i matrice je procijenjena metodom indentacije i scratch metodom. Rezultati pokazuju da C atomi u TiCN tankom filmu postoje u obliku čvrste otopine u TiN rešetki, orijentacija TiCN tankog filma na (111). ) površina kristala je očigledno slabija od površine TiN tankog filma, lom TiCN tankog filma je dugačka blok struktura, njena poprečna veličina je manja od TiN tankog filma, a površina TiCN tankog filma je konkavna i konveksna. Sila vezanja između tankog filma i matrice TiCN je oko 40 N, a C atom ima efekt jačanja čvrstog rastvora i jačanja finih kristala u tankom filmu TiCN. Tvrdoća TiCN tankog filma povećava se od 20,3 TiN filma do 33,4 GPa. TiCN film ima dobre antifrikcione performanse, a radni vijek TiCN slavina je značajno poboljšan kada se dodaje 40Cr materijal od TiN filmskih slavina i neobloženih slavina.

Brz razvoj savremene tehnologije rezanja predstavio je veće zahtjeve za materijalom i svojstvima alata za rezanje. Jedan od mogućih načina za poboljšanje performansi alata je polaganje čvrstog filma na površinu alata . TiN, TiC, TiCN i TiAlN tvrdi film je rani izgled nekoliko slojeva površinske zaštite alata, još uvijek se široko koristi u području mehaničkog zaštitnog filma. TiCN tanke folije se široko koriste u reznim alatima, kalupima i dijelovima otpornim na habanje zbog njihove visoke tvrdoće i niskog koeficijenta trenja. Tanke folije TiNC se uglavnom pripremaju pomoću para-taloženja, uključujući kemijsko taloženje para (CVD) i fizičko taloženje para (PVD). CVD proces tankog filma pripremljen temperaturom peći iznad 850 ℃, obično čak i srednje temperature kemijske tehnike taloženja pare (MT - CVD), njegova radna temperatura je oko 600 ℃, općenito izvan čeličnog kalupa i dijelova temperature temperiranja, tako da metoda nije pogodna za premazivanje na čeličnoj podlozi. PVD od tankog filma pripremljenog radnom temperaturom ispod 500 can, može zadovoljiti zahtjev premaza od čelične podloge.

Trenutno, većina PVD metoda koristi CH4 ili C2H2 kao izvor C za pripremu TiCN tankih filmova. Tijekom procesa pripreme, TiCN tanki filmovi s različitim omjerima sadržaja elemenata i različitim svojstvima mogu se dobiti podešavanjem omjera protoka plina. Međutim, problem s ovom metodom je da će prekomjerni izvor ugljika uzrokovati ozbiljno zagađenje unutarnje strukture premaza tijelo pećne peći, a sloj zaostalog ugljika u zidu peći će se osloboditi u sljedećem premazu, ometajući atmosferu taloženja filma, što nije pogodno za kontinuiranu proizvodnju i često dovodi do nestabilnog izvođenja filma u industrijskoj proizvodnji.

Upotreba čvrstog C izvora za pripremu TiCN filma može značajno smanjiti ili izbjeći zagađenje tijela peći. Reaktivno magnetno raspršivanje je jedna od glavnih tehnologija PVD metode. Površine premaza pripremljene ovom metodom nemaju veliki fenomen čestica, ali imaju dobar kvalitet površine i mogu se koristiti za pripremu tankih filmova TiCN na čeličnoj matrici. Guojun Zhang i dr. pripremili su TiCN filmove u mešovitoj atmosferi dušika i argona raspršivanjem grafitne mete i titanijumskog cilja. Oni su ukazali da se povećanjem snage raspršivanja i efikasnosti taloženja cilja grafita povećava ukupna debljina i ciklus modulacije dobivenih filmova. Sa povećanjem snage ciljne raspršenosti, struktura TiCN tankog filma je promenjena, a orijentacija kristalne ravni (111) i (220) postepeno slabi. Tvrdoća tankog filma TiCN se prvo povećala, a zatim smanjila, a visoka tvrdoća z * dostigla je više od 40GPa. Koeficijent trenja tankog filma TiCN smanjen je s povećanjem snage raspršivanja grafitne mete, a z * je ostao oko 0.2.Xu junhua et al. pripremljeni TiCN tanki filmovi sa čvrstim izvorom ugljenika tehnologijom magnetronskog raspršivanja. Utjecaj ciljne snage grafitnog raspršivanja dobivenog u ovoj studiji na strukturu i tvrdoću tankih filmova TiCN je u osnovi bio u skladu s onom struje grafitnog raspršivanja. Međutim, vakuumska tehnološka mreža (http://www.chvacuum.com/) vjeruje da nijedan od gore navedenih izvještaja nije otkrio sastav TiCN tankih filmova. Nije jasno o sadržaju ugljika u TiCN tankim filmovima pripremljenim korištenjem čvrstih izvora ugljika, a čvrstoća spajanja između tankih filmova TiCN i matrice nije analizirana.

U radu se istražuje i razvija stroj za nanošenje srednjeg frekventnog reaktivnog magnetronskog raspršivanja sichuanskog univerziteta RZP - 800, koristeći grafitnu metu kao izvor ugljika, umjesto CH4 ili C2H2, u smjesi dušika i atmosfere argona kroz pripremu raspršivanja grafita na TiCN filmu i meta titanijuma, a analiziran je način pripreme za dobivanje TiCN sastava, strukture, tvrdoće i čvrstoće vezivanja, a istodobno se istražuje metodom u praktičnoj primjeni taloženja TiCN filma na površini brzoreznog čelika. tap.

1. Eksperimentalne metode

1.1. Tehnologija pripreme materijala i filma

Izbor M2 brzoreznog čelika kao materijala podloge, veličina uzorka je 6 mm x 10 mm x 6 mm, i priprema isti materijal, 10 mm spec. Ciljevi prskanja bili su jedan par cilja od titana (čistoća 99,99%) i jedan par grafitnih meta (čistoća 99,99%), i dvije mete (4 mete) su bile postavljene naizmjenično i ravnomjerno na zidu premaza. uzorak je poliran kako bi se makroskopske ogrebotine uklonile vidljivim golim okom i polirale na površinu ogledala. Zatim su slavina i uzorak pjeskareni zajedno kako bi se uklonilo zagađenje u površinskom sloju. Nakon ultrazvučnog čišćenja, uzorak je osušen i napunjen u peć.Vakuum do 9.0 10-3 Pa, zagrijte radni komad za 60 min, a zatim upotrijebite efekat bombardovanja s argonskim ionima na jetkanje i čišćenje podloge za 30 min pod negativnim odstupanjem. . Da bi se poboljšala čvrstoća spajanja između filma i matrice, Ti metalni blokovi u isparljivom loncu talože sloj Ti metalnog prelaznog sloja na matricu. Nakon z *, pri pritisku od 4.5 10-1 Pa, raspršeni grafit Ciljni i titanov cilj su korišteni za pripremu TiCN tankih filmova za 3h. Obloga je ohlađena 1 sat, a uzorci su uzeti .

1.2 Karakterizacija strukture i performansi tankih filmova

Strukturu loma i morfologiju površine tankog filma TiCN posmatrali su s-4800 (Hitachi, Japan) SEM, a sadržaj elemenata filma analizirao je EDS.X 'Pert Pro (Philips, Holandija) rendgenska difrakcija (XRD) ) je korišten za analizu faznog sastava i veličine zrna premaza. Nano Indenter XP testni sustav (Agilent, America) korišten je za analizu tvrdoće i modula elastičnosti prevlake. čvrstoća spajanja između filma i matrice. Za metodu utiskivanja korišćen je tester tvrdoće rockwell-150a, a opterećenje je bilo 150kg. Metoda ogrebotina usvaja hh-3000 tester za ogrebotine, a opterećenje je 100N. Brzina vretena mašine za bušenje iznosila je 530 r / min, materijal za točenje je bio 40Cr kaljeni i kaljeni čelik, a tvrdoća gašenja i tempiranja bila je HRC29 ~ 32.

2, zaključak

Upotrebom čvrstog izvora ugljenika, meta grafita i titanijumski meta su zajednički prskani tehnologijom reaktivnog magnetronskog raspršivanja za pripremu tankih filmova TiCN na čeličnoj podlozi velike brzine. Struktura i svojstva dobivenih TiCN tankih filmova su sustavno analizirani, a zaključci su sljedeći:

(1) lom TiCN tankog filma predstavio je dugu strukturu bloka koja raste okomito na granicu. Konavavo konveksna struktura na površini tankog filma TiCN bila je slabija od TiN tankog filma, dok je na površini tankog filma TiCN bilo više mikročestica. TiCN tanki film formira čvrsti rastvor na bazi TiN. Dodatak C-atoma značajno smanjuje difrakcijski pik tankog filma na površini (111) kristala.

(2) zbog jačanja čvrstog rastvora i jačanja kristala kristala C, tvrdoća filma TiCN je značajno poboljšana u odnosu na TiN film, a tvrdoća filma TiCN bila je 33.4GPa. Nakon upotrebe Ti sloja kao supstrata, čvrstoća spajanja između TiCN filma i TiN filma i M2 brzoreznog čeličnog supstrata nije se značajno razlikovala, oba su bila oko 40 N.

(3) oblik habanja TiCN filma je uglavnom abrazivno habanje, koje formira film za prenos ugljenika na površini filma tokom trenja i habanja. Film ima ulogu čvrstog podmazivanja i anti-trenja. Životni vijek TiCN slavina je značajno poboljšan pri istiskivanju 40Cr materijala, koji je 3 puta veći od nefilmskih slavina i 1,6 puta veći od TiN filmskih slavina.

IKS PVD, stroj za raspršivanje, kontaktirajte: iks.pvd@foxmail.com