Структура и свойства на тънките филми на TiCN, приготвени от графитно мишена и титаниево съпътстващо разпрашаване

Структура и свойства на TiCN тънки слоеве, получени от графитна мишена и съвместно разпрашаване на титанови мишени

TiCN тънък филм се приготвя върху високоскоростна стоманена подложка М2 чрез разпрашаване на графитна мишена и титанова мишена в смесена атмосфера на азот и аргон. Микроструктурата и структурата на TiCN тънък филм се анализират чрез сканиращ електронен микроскоп и рентгенов дифрактометър. Твърдостта на TiCN тънък филм беше тествана с наноинструмент. Междувременно, комбинацията от TiCN тънък филм и матрица е оценена чрез метод на вдлъбнатини и метод на надраскване. Резултатите показват, че атомите С в TiCN тънък филм съществуват под формата на твърд разтвор в TiN решетка, ориентацията на TiCN тънък филм върху (111) ) Повърхността на кристала е очевидно по-слаба от тази на TiN тънък филм, разрушаването на TiCN тънък филм е с дълга блокова структура, нейният напречен размер е по-малък от този на TiN тънък филм, а повърхността на TiCN тънък филм е вдлъбната и изпъкнала. Силата на свързване между TiCN тънък филм и матрица е около 40 N, а C-атомът има ефект на укрепване на твърд разтвор и укрепване на фини кристали в TiCN тънък филм. Твърдостта на TiCN тънък филм се увеличава от 20.3 на TiN филма до 33.4GPa. TiCN филмът има добра антифрикционна ефективност, а експлоатационният живот на TiCN филтърните кранове е значително подобрен при изтласкване на 40Cr материал от TiN филмови кранове и непокрити кранове.

Бързото развитие на съвременната технология на рязане постави по-високи изисквания към материала и свойствата на режещите инструменти. Един от възможните начини за подобряване на ефективността на инструмента е да се нанесе твърдо фолио върху повърхността на инструмента . TiN, TiC, TiCN и TiAlN твърд филм е ранното появяване на няколко повърхностни защитни слоя, все още широко се използва в областта на механичното защитно покритие. Тънките филми на TiCN се използват широко в режещи инструменти, форми и устойчиви на износване части поради тяхната висока твърдост и нисък коефициент на триене. Тънкослойните тънкослойни тъкани се приготвят главно чрез отлагане на пари, включително химическо отлагане на пари (CVD) и физическо отлагане на пари (PVD). CVD процес на тънък филм, приготвен от температурата на пещта над 850 ℃, обикновено дори и среднотемпературен метод за химическо отлагане на парите (MT - CVD), работната му температура е около 600 the, общото отвъд стоманата и частите на температурата на закаляване, методът не е подходящ за покритие върху стоманената основа. PVD от тънък филм, приготвен от работната температура под 500 ℃, може да задоволи изискванията на покритието от стоманена основа.

Понастоящем повечето от PVD методите използват CH4 или C2H2 като източник на С за приготвяне на тънки филми от TiCN. По време на процеса на приготвяне, TiCN тънки слоеве с различни съотношения на съдържанието на елементите и различни свойства могат да бъдат получени чрез регулиране на съотношението на газовия поток. Въпреки това, проблемът с този метод е, че прекомерният въглероден газ ще причини сериозно замърсяване на вътрешната структура на покритието корпусът на машинната пещ и остатъчният въглероден слой в стената на пещта ще се освободи в следващото покритие, като по този начин ще попречи на атмосферата на нанасяне на филма, което не води до непрекъснато производство и често води до нестабилно изпълнение на детайла на филма в промишленото производство.

Използването на твърд С източник за приготвяне на TiCN филм може значително да намали или да избегне замърсяването на тялото на пещта. Реактивното магнетронно разпрашване е една от основните технологии на PVD метода. Повърхността на покритието, получена по този метод, няма явление с големи частици, но има добро качество на повърхността и може да се използва за получаване на TiCN тънки филми върху стоманена матрица. Guojun Zhang et al. приготвени TiCN филми при смесена атмосфера на азот и аргон чрез разпрашаване на графитна мишена и титанова мишена. Те показаха, че с увеличаването на мощността на разпрашаване и ефективността на отлагане на графитната мишена се увеличава общата дебелина и модулационния цикъл на получените филми по едно и също време. С увеличаването на мощността на разпръскващата цел структурата на TiCN тънък филм се променя и ориентацията на кристалната равнина (111) и (220) постепенно отслабва. Твърдостта на TiCN тънък филм първо се увеличава и след това намалява, а високата твърдост от z * достига повече от 40GPa. Коефициентът на триене на TiCN тънък филм намалява с увеличаване на мощността на разпрашаване на графитната мишена, а z * остава около 0,2. junhua et al. приготвени TiCN тънки слоеве с твърд източник на въглерод чрез магнетронно разпрашване. Влиянието на целевата мощност на разпръскването на графит, получено в това изследване, върху структурата и твърдостта на тънките филми на TiCN е основно в съответствие с тази на тока на графитното разпрашаване. Въпреки това, вакуумната технологична мрежа (http://www.chvacuum.com/) вярва, че нито един от горните изследователски доклади не е открил състава на тънките филми на TiCN. Не е ясно за съдържанието на въглерод в TiCN тънките фолиа, получени чрез използване на твърди източници на въглерод, и силата на свързване между TiCN тънките филми и матрицата не е анализирана.

В тази статия се използва изследването и разработването на машина за средночестотно реактивно разпръскване с магнетроновото покритие на сичуанския университет RZP - 800, като се използва графитна мишена като източник на въглерод, вместо CH4 или C2H2, в смес от азотна и аргонова атмосфера чрез приготвяне на TiCN филм разпрашване на мишена и титановата мишена, и методът на получаване за получаване на TiCN филмов състав, структура, твърдост и якост на свързване се анализират и изследванията, в същото време се изследва чрез метода в практическо приложение на отлагането TiCN филм върху повърхността на високоскоростна стомана докоснете.

1. Експериментални методи

1.1 технология за подготовка на материали и филми

Изборът на M2 високоскоростна стомана като материал на основата, размерът на пробата е 6 mm x 10 mm x 6 mm и се подготвя от същия плат Φ 10 mm специфициращ номер, който се използва за изпитване при рязане. Мишени за разпрашаване бяха една двойка от титанова мишена (чистота 99,99%) и една двойка от графитна мишена (чистота 99,99%), и двете мишени (4 мишени) бяха разположени последователно и равномерно върху покривната стена. пробата се полира, за да се отстранят макроскопичните драскотини, видими с невъоръжено око и полирани до повърхността на огледалото. След това кранът и пробата бяха пясъкоструени заедно, за да се отстрани замърсяването в повърхностния слой. След ултразвуково почистване, пробата се изсушава чрез удар и се зарежда в пещта. Вакуум до 9.0 10-3 Pa, загрява се детайла за 60 min и след това се използва ефектът на бомбардиране с аргонов йон за ецване и почистване на субстрата за 30 min при отрицателно отклонение. .За да се подобри силата на свързване между фолиото и матрицата, металните блокове Ti в изпарителния тигел отлагат на матрицата слой от преходен слой от метал. След z *, при налягане от 4.5 10-1 Pa, разпръснат графит мишената и титановата мишена бяха използвани за получаване на TiCN тънки филми за 3h. Покритието беше охладено за 1 h и пробите бяха извадени .

1.2 Характеристика на структурата и характеристиките на тънките филми

Структурата на фрактурата и морфологията на повърхността на TiCN тънък филм са наблюдавани от s-4800 (Hitachi, Япония) SEM, а съдържанието на елемента на филма е анализирано чрез рентгенова дифракция (XRD) на EDS.X 'Pert Pro (Philips, Холандия). ) беше използван за анализиране на фазовия състав и размера на зърното на покритието. За анализ на твърдостта и модула на еластичност на покритието беше използвана тестова система на Indenter XP (Agilent, America). Междувременно, методът на вдлъбнатина и методът на надраскване бяха използвани за оценка на сила на свързване между филма и матрицата. Хр-150а тестер за твърдост на рокуел е бил използван за метод на вдлъбнатина, а натоварването е 150кг. Методът за надраскване приема hh-3000 тестер за надраскване, а натоварването е 100N. Вертикалната пробивна машина Z5135 е използвана за рязане на тест. Скоростта на шпиндела на пробивна машина е 530р / мин, материалът за изтласкване е с 40 ° С закалена и закалена стомана, а твърдостта на закаляването и темперирането е HRC29 ~ 32.

2, заключението

Като се използва източник на твърд въглерод, мишената на графита и мишената от титан бяха съвместно разпръснати чрез реактивна магнетронна технология за разпрашване, за да се получат TiCN тънки филми върху високоскоростна стоманена основа. Структурата и свойствата на получените TiCN тънки филми са систематично анализирани, а заключенията са следните:

(1) разрушаването на TiCN тънък филм представлява дълга блокова структура, нарастваща перпендикулярно на интерфейса. Конкаво-изпъкналата структура на повърхността на TiCN тънък филм е по-слаба от тази на TiN тънък филм, докато на повърхността на TiCN тънък филм има повече микрочастици. TiCN тънък филм образува твърд разтвор на базата на TiN. Добавянето на С атом значително намалява дифракционния пик на тънкия филм върху повърхността (111) на кристала.

(2) поради укрепването на твърдия разтвор и укрепването на фините кристали на C-атома, твърдостта на TiCN филма е значително подобрена в сравнение с TiN филма, а твърдостта на TiCN филма е 33.4GPa. След като Ti преходният слой беше използван като субстрат, якостта на свързване между TiCN филм и TiN филм и M2 високоскоростна стоманена подложка не беше значително различна, като и двете бяха около 40N.

(3) износване на TiCN филм е основно абразивно износване, което образува въглероден трансфер филм на повърхността на филма по време на триене и износване. Филмът играе ролята на твърдо смазване и анти-триене. Времето на експлоатация на TiCN филтрите е значително подобрено при изтласкване на 40Cr материал, който е 3 пъти по-висок от този на нефилтъчните кранове и 1,6 пъти по-висок от този на TiN филмчетата съответно.

IKS PVD, машина за нанасяне на покритие, контакт: iks.pvd@foxmail.com