Estructura i propietats de les pel·lícules primes de TiCN preparades amb objectiu de grafit i objectiu de titani

Estructura i propietats de les pel·lícules fines de TiCN preparades per co-sputtering de blanc de grafit i de titani

Les capes fines de TiCN es van preparar sobre substrat d’acer ràpid d’alta velocitat M2 fent polir el blanc objectiu i el titani en una atmosfera barrejada de nitrogen i argó. Es va analitzar la microestructura i estructura de la pel·lícula prima de TiCN mitjançant microscopi electrònic de rastreig i difractòmetre de raigs X. La duresa de la pel·lícula fina TiCN es va provar mitjançant un instrument de sagnat nano. Mentrestant, la combinació de pel·lícula prima de TiCN i matriu es va avaluar mitjançant mètode de sagnat i mètode de ratllat. Els resultats mostren que els c atoms en pel·lícula prima de TiCN existeixen en forma de solució sòlida en retícula de TiN, l’orientació de la pel·lícula prima de TiCN (111) ) La superfície cristal·lina és òbviament més feble que la de la pel·lícula fina TiN, la fractura de la pel·lícula prima de TiCN és una estructura de bloc llarg, la seva mida transversal és menor que la de la pel·lícula prima de TiN, i la superfície de la pel·lícula prima de TiCN és còncava i convexa. La força d’enllaç entre la matriu i la pel·lícula fina de TiCN és d’uns 40 N, i l’àtom de C té l’efecte d’enfortir la solució sòlida i reforçar el vidre fi en la pel·lícula prima TiCN. La duresa de la pel·lícula prima TiCN augmenta de 20,3 de la pel·lícula de TiN a 33,4GPa. La pel·lícula TiCN té un bon rendiment antifricció i la vida útil de les aixetes de la pel·lícula TiCN millora significativament quan es fa servir material 40Cr que les aixetes de la pel·lícula i les aixetes sense recobriment.

El ràpid desenvolupament de la tecnologia de tall moderna ha proposat requisits més alts per al material i les propietats de les eines de tall. Una de les maneres factibles de millorar el rendiment de l’eina és dipositar pel·lícules dures a la superfície de l’eina . La pel·lícula dura TiN, TiCN, TiCN i TiAlN és l'aparició primerenca de diverses capes de protecció superficial de l'eina, que segueix sent àmpliament utilitzada en el camp de la protecció mecànica. Les pel·lícules primeres de TiCN s'utilitzen àmpliament en eines de tall, motlles i peces resistents al desgast, degut a la seva alta duresa i baix coeficient de fricció. Les capes fines de TiCN es preparen principalment per deposició de vapor, inclosa la deposició de vapor químic (CVD) i la deposició física de vapor (PVD). Procés CVD de capa fina preparada per la temperatura del forn per sobre de 850 ℃, fins i tot tècnica de deposició de vapors químics de temperatura mitjana (MT - CVD), la seva temperatura de treball és d’uns 600 ℃, el general més enllà del motlle d’acer i de les parts de la temperatura de tremp. el mètode no és adequat per recobrir el substrat d’acer. PVD de pel·lícula prima preparada per la temperatura de treball per sota de 500 ℃, pot satisfer el requisit del recobriment de substrat d'acer.

Actualment, la majoria dels mètodes de PVD utilitzen CH4 o C2H2 com a font C per preparar pel·lícules primes TiCN. Durant el procés de preparació, es poden obtenir pel·lícules primeres de TiCN amb proporcions de contingut d’elements diferents i diferents propietats ajustant la relació de flux de gasos. No obstant això, el problema d’aquest mètode és que l’excés de font de carboni produirà una contaminació de l’estructura interna del recobriment. El cos del forn de la màquina, i la capa solta de carboni residual a la paret del forn s’alliberarà en el següent recobriment, interferint amb l’atmosfera de deposició de la pel·lícula, que no és propicia per a la producció contínua i, sovint, condueix a un comportament inestable de la peça de la pel·lícula. en la producció industrial.

L’ús de la font C sòlida per preparar la pel·lícula TiCN pot reduir o evitar la contaminació del cos del forn. L'esputteració reactiva del magnetron és una de les principals tecnologies del mètode PVD. La superfície de recobriment preparada per aquest mètode no té un fenomen de gran partícula, però té una bona qualitat superficial i es pot utilitzar per preparar pel·lícules primeres TiCN sobre matriu d’acer. Guojun Zhang et al. van preparar pel·lícules de TiCN sota l’atmosfera barrejada de nitrogen i argó polvoritzant el blanc de grafit i el titani. Van indicar que amb l’augment de potència de polvorització i eficiència de deposició del blanc de grafit, el gruix total i el cicle de modulació de les pel·lícules obtingudes al mateix temps van augmentar. Amb l’augment de la potència objectiu de pulverització, l’estructura de la pel·lícula prima de TiCN va canviar, i l’orientació del pla de cristall (111) i (220) es va debilitar gradualment. La duresa de la pel·lícula prima TiCN va augmentar primer i va disminuir, i l’alta duresa de z * va arribar a superar els 40GPa. El coeficient de fricció de la pel·lícula prima de TiCN va disminuir amb l’augment de la potència de polvorització del blanc de grafit, i z * es va mantenir al voltant de 0.2.Xu Junhua et al. Pel·lícules fines TiCN preparades amb font de carboni sòlid mitjançant tecnologia de polvorització magnètica. La influència de la potència objectiu de polvorització de grafit obtinguda en aquest estudi sobre l’estructura i la duresa de les capes primes de TiCN era bàsicament coherent amb la del corrent de polvorització de grafit. No obstant això, la xarxa de tecnologia de buit (http://www.chvacuum.com/) creu que cap dels informes de recerca esmentats anteriorment no ha detectat la composició de les pel·lícules primes de TiCN. No es pot saber clarament sobre el contingut de carboni en les pel·lícules primes de TiCN preparades mitjançant fonts de carboni sòlid i no s’ha analitzat la força d’enllaç entre les pel·lícules primes de TiCN i la matriu.

Aquest article UTILITZA la investigació i el desenvolupament de la màquina de recobriment de polvorització reactor magnetron RZP - 800 de sichuan university, utilitzant un objectiu de grafit com a font de carboni, en lloc de CH4 o C2H2, en una barreja d 'atmosfera de nitrogen i argó mitjançant polvorització de la pell de grafit de TiCN de nitrogen i argon. i s'analitzen els objectius de titani, i el mètode de preparació per adquirir la composició, estructura, duresa i força de la pel·lícula de TiCN i, a la vegada, la investigació es fa mitjançant el mètode en aplicació pràctica de la pel·lícula de deposició de TiCN a la superfície d’acer d’alta velocitat aixeta.

1. Mètodes experimentals

1.1 Tecnologia de preparació de materials i pel·lícules

La selecció d’acer M2 d’alta velocitat com a material de substrat, la mida de la mostra és de 6 mm x 10 mm x 6 mm, i prepara el mateix teixit spec 10 mm tipus d’especificació per a la prova de tall. Els objectius de polvorització eren un parell de dianes de titani (puresa 99,99%) i un parell de blancs de grafit (puresa 99,99%), i els dos objectius (4 dianes) estaven disposats alternativament i de manera uniforme a la paret de recobriment. Es va polir la mostra per eliminar les ratllades macroscòpiques visibles a simple vista i polides a la superfície del mirall. A continuació, el raig i la mostra es van sablar junts per eliminar la contaminació de la capa superficial. Després de la neteja d'ultrasons, la mostra es va assecar per bufat i es va carregar al forn.Vacut a 9.0 10-3 Pa, precalentar la peça durant 60 minuts i després utilitzar l'efecte del bombardeig d'argó per gravar i netejar el substrat durant 30 min. . Per tal de millorar la força d’adhesió entre la pel·lícula i la matriu, els blocs de metall de Ti al crisol evaporatiu dipositen una capa de capa de transició metàl.lica de Ti sobre la matriu. Després de z *, a una pressió de 4,5 a 10-1 Pa, grafit polvoritzat l'objectiu i l'objectiu de titani es van utilitzar per preparar pel·lícules primes TiCN per a 3 hores. El recobriment es va refredar durant 1 hora i es van treure les mostres .

1.2 Caracterització de l'estructura i el rendiment de les capes primes

L’estructura de la fractura i la morfologia de la superfície de la pel·lícula prima de TiCN s’observen pel SEM S-4800 (Hitachi, Japó) i el contingut d’elements de la pel·lícula va ser analitzat per la difracció de raigs X de EDS.X 'Pert Pro (Philips, Holanda) (XRD). ) es va utilitzar per analitzar la composició de fase i la mida del gra del recobriment. S'ha utilitzat el sistema de proves Nano Indenter XP (Agilent, Amèrica) per analitzar la duresa i el mòdul elàstic del recobriment. la força d’enllaç entre la pel·lícula i la matriu. S'ha utilitzat el comprobador de duresa Hr-150a per al mètode de sagnia, i la càrrega va ser de 150 kg. El mètode de ratllat adopta el comprovador de ratllat hh-3000 i la càrrega és de 100 N. Es va utilitzar la perforadora vertical Z5135 per a la prova de tall de l'aixeta. La velocitat del cargol de la màquina de trepat era de 530 r / min, el material de roscat va ser d'acer trempat i temperat de 40ºC, i la duresa de tremp i temperat era HRC29 ~ 32.

2, la conclusió

Utilitzant una font de carboni sòlida, l'objectiu de grafit i el titani van ser co-polvoritzats per la tecnologia reactiva de pulverització de magnetron per preparar pel·lícules primes TiCN en substrat d’acer d’alta velocitat. L’estructura i les propietats de les pel·lícules primes de TiCN obtingudes es van analitzar sistemàticament i les conclusions van ser les següents:

(1) la fractura de la pel·lícula prima de TiCN presentava una estructura de blocs llarga creixent perpendicular a la interfície. L'estructura concavo-convexa a la superfície de la pel·lícula prima TiCN era més feble que la de la pel·lícula prima TiN, mentre que a la superfície de la pel·lícula prima TiCN hi havia més micropartícules. La pel·lícula fina de TiCN forma una solució sòlida basada en TiN. L’addició d’un àtom de C redueix significativament el pic de difracció de la pel·lícula prima a la superfície cristal·lina (111).

(2) a causa de l'enfortiment de la solució sòlida i l'enfortiment de cristalls fins de l'àtom de C, la duresa de la pel·lícula de TiCN es va millorar significativament en comparació amb la pel·lícula de TiN, i la duresa de la pel·lícula de TiCN era de 33,4GPa. Després d’utilitzar la capa de transició de Ti com a substrat, la força d’adhesió entre la pel·lícula de TiCN i la pel·lícula de TiN i el substrat d’acer d’alta velocitat M2 no va ser significativament diferent, ambdues aproximadament 40N.

(3) la forma de desgast de la pel·lícula de TiCN és principalment un desgast abrasiu, que forma una pel·lícula de transferència de carboni a la superfície de la pel·lícula durant la fricció i el desgast. La pel·lícula té un paper de lubricació sòlida i antifricció. La vida útil de les aixetes de la pel·lícula de TiCN millora significativament quan es fa servir el material 40Cr, que és tres vegades superior al de les aixetes no cinematogràfiques i 1,6 vegades més altes que les aixetes de la pel·lícula TiN, respectivament.

IKS PVD, màquina de recobriment per esputllat, poseu-vos en contacte amb: iks.pvd@foxmail.com