亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        鋁合金表面磁控濺射類石墨鍍層組織與性能研究

        2015-12-05 09:18:10郭巧琴李建平郭永春
        電鍍與精飾 2015年8期
        關(guān)鍵詞:磁控濺射偏壓摩擦系數(shù)

        郭巧琴, 李建平, 郭永春

        (西安工業(yè)大學材料與化工學院,陜西西安 710021)

        引 言

        鋁及其合金具有密度小、延展性好、比強度高、導電及導熱性好等優(yōu)點。目前,在汽車、船舶、機械、航空和航天工業(yè)已大量應用。但其缺點是較軟、摩擦系數(shù)較高,導致其耐摩擦磨損性能差,應用受到了限制[1-2]。為了克服鋁合金的缺點,延長其使用壽命,采用表面改性技術(shù)對其進行改性尤為重要。非平衡磁控濺射技術(shù)是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新的表面處理技術(shù),它可以在微米甚至納米尺度上進行多元成分摻雜,且組織均勻、致密。類石墨鍍層(GLC鍍層)是一種新型碳膜,具有高硬度、低摩擦系數(shù)和良好的耐磨性等性能[3-4]。本文采用非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)在鋁合金表面制備GLC鍍層,研究基體偏壓對鋁合金組織與性能的影響,為其應用奠定基礎(chǔ)。

        1 實驗

        選用AlZn4.5Mg鋁合金,其主要成分為4.5%Zn,1.5%Mg,0.32%Si,余 量 Al,試 樣 規(guī) 格 為Φ40mm×5mm。

        采用UDP450非平衡磁控濺射鍍膜設(shè)備(如圖1所示)制備類石墨鍍層,設(shè)備真空室內(nèi)徑 d為425mm,實驗中采用2個碳靶、2個鉻靶四靶配置。

        圖1 UDP450設(shè)備原理圖

        鍍前將試樣進行預磨和拋光處理,然后用乙醇和丙酮超聲波清洗10min,經(jīng)冷風吹干后放入真空室。分別通過調(diào)整基體偏壓為 -60、-90及-120V,進行鍍膜處理。

        采用SPI3800-SPA-400型原子力顯微鏡(AFM)觀察鍍層表面的三維形貌及測試粗糙度。應用WS-2005涂層劃痕附著力測試儀對鍍層的臨界載荷進行測試,最大加載為50N,加載速度是10N/min。鍍層硬度測試采用HVS-1000維氏顯微硬度計,其測試條件載荷為0.25N,保壓15s。采用自制銷-盤摩擦磨損試驗機對鍍層的摩擦系數(shù)進行測試,所用摩擦副為GCr15鋼球,d為5mm,轉(zhuǎn)盤d為43mm,轉(zhuǎn)盤線速度為200mm/s,載荷為40N。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 鍍層形貌及粗糙度

        采用原子力顯微鏡對GLC鍍層的表面三維形貌和粗糙度進行觀察和測試,其結(jié)果如圖2及圖3所示。

        圖2 不同偏壓下鍍層表面AFM三維形貌

        圖3 不同偏壓下鍍層表面粗糙度曲線

        由圖2可知,在不同基體負偏壓時鍍層以島狀方式生長。隨偏壓值的增大,島狀尺寸和鍍層晶粒均減小,表面更加光滑平整。由圖3可知,隨著基體負偏壓值增大,鍍層表面粗糙度逐漸減小。當基體偏壓值為0V時,Ra=20.56nm,當基體偏壓值增加到-120V時,Ra=5.46nm,說明隨著基體負偏壓值增大,鍍層表面的粗糙度逐漸減小。這是由于隨基體負偏壓值的增加,薄膜生長過程隨之減弱,從而導致鍍層表面粗糙度降低[5];另外,隨基體負偏壓增大,電場中離化后的離子受到的作用力增加,從而獲得較大的動能,離子轟擊后靶材產(chǎn)生的原子或離子的初動能增加,當濺射到基片時原子的擴散能力提高,原子易于擴散至鍍層較低位置處,從而降低鍍層表面粗糙度[6]。

        2.2 臨界載荷測試

        圖4是由劃痕附著力測試儀測試的鍍層臨界載荷曲線。由圖4可知,當基體偏壓為0V時,鍍層膜基臨界載荷為12N,當基體偏壓增大到-120V時,鍍層的膜基臨界載荷增大到42N。說明隨基體負偏壓增大,鍍層膜基臨界載荷逐漸增大。施加于基體上的偏壓越大,轟擊離子的能量越高,離子運動的速率也越大,從而可濺射掉薄膜生長表面上結(jié)合較為疏松的原子并以能量傳遞的方式對薄膜內(nèi)部原子進行轟擊。當偏壓值繼續(xù)增大時,薄膜的致密性增強,導致結(jié)合力逐漸增大[7]。

        圖4 不同偏壓下鍍層臨界載荷曲線

        2.3 鍍層硬度測試

        不同偏壓下制備的GLC鍍層硬度如圖5所示。

        圖5 不同偏壓時鍍層硬度曲線

        由圖5可知,當基體偏壓為0V時,鍍層的硬度為130HV,隨基體偏壓增加至-120V時,鍍層的硬度為235HV。由此可見,隨基體負偏壓增加,鍍層硬度逐漸增加。偏壓的作用可以吸引高能離子轟擊鍍層表面,從而使鍍層更加致密。碳原子被高能氬離子從靶材上濺出以后,依賴荷能離子轉(zhuǎn)移的能量在真空室中運動,有的直接沉積到基體表面上,部分原子在真空腔中被電離成離子,這些被電離的靶材離子在偏壓作用下,一邊沉積,一邊轟擊鍍層表面和基體[8-9];另外,偏壓還吸引部分荷能氬離子對鍍層進行轟擊,這樣在轟擊的作用下,部分和基體結(jié)合不牢固的原子就會被濺射出去,同時由于偏壓的作用,使得靶材離子具備足夠高的能量在鍍層的表面遷移,增強了基體表面的成膜能力,減少了鍍層的微觀孔隙率,進而提高了鍍層的致密度;在一定范圍內(nèi)偏壓越大,轟擊能量就越大,鍍層就越致密,從而增大了鍍層的硬度[10]。

        2.4 鍍層摩擦系數(shù)及磨痕形貌

        圖6為銷-盤摩擦磨損試驗機測試的鍍層摩擦系數(shù)曲線。圖7為摩擦系數(shù)測試后鍍層表面的金相顯微形貌。

        圖6 不同偏壓下鍍層的摩擦系數(shù)曲線

        圖7 不同偏壓下鍍層的磨痕形貌

        從圖6可知,對于純基體,未施加基片負偏壓時,鍍層的摩擦系數(shù)約為0.35。當施加基體偏壓-60V時,鍍層摩擦系數(shù)為0.30,隨基體偏壓繼續(xù)增加至-120V時,鍍層摩擦系數(shù)降低至0.19。說明鋁合金表面施鍍類石墨鍍層可以降低鋁合金的摩擦系數(shù),且隨基體負偏壓的增加,其摩擦系數(shù)逐漸減小。這是由于在基體負偏壓的作用下,鍍層在生長過程中受到高能粒子的轟擊,可以更好地使靶材粒子直接沖擊基體,更好地使基體表面的原子活化,提高基體表面原子的活化率,從而提高了膜層與基體的結(jié)合力和硬度,因此,鍍層的摩擦系數(shù)減?。?1-13]。

        由圖7可知,基體未施加偏壓時,經(jīng)磨損試驗后,鍍層大部分區(qū)域磨損嚴重,形成明顯溝槽,且表面有大量黏著物。這是因為基體與GCr15鋼球之間的摩擦力較大,磨損過程中形成的磨屑,容易黏附在鍍層表面形成黏附物,在切向摩擦力的長期作用下鍍層上有的區(qū)域發(fā)生疲勞剝落而留下凹坑,說明鋁合金基體的磨損機理主要為黏著磨損和磨粒磨損。當基體施加-60V偏壓后,鍍層的磨痕變窄,犁溝變淺,但是表面有較多粘著物。說明鍍層磨損機理主要為粘著磨損為主。隨基體偏壓繼續(xù)增大至-120V時,鍍層的磨痕繼續(xù)變窄,變淺,磨損機制主要以磨粒磨損為主。

        3 結(jié)論

        1)基體偏壓在-60~-120V范圍內(nèi),類石墨鍍層均以島狀方式生長。且隨著偏壓值的增大,島狀尺寸減小,鍍層晶粒減小,粗糙度減小。

        2)基體偏壓在-60~-120V范圍內(nèi),隨基體負偏壓增大,鍍層膜基臨界載荷逐漸增大。當基體偏壓為-120V時,鍍層的膜基臨界載荷最大為42N。

        3)基體偏壓在-60~-120V范圍內(nèi),隨基體負偏壓增大,鍍層摩擦系數(shù)減小,當基體偏壓為-120V時,鍍層摩擦系數(shù)最低為0.19,其磨損機制由磨粒磨損和粘著磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チDp。

        [1] 張高會,黃國青,徐鵬,等.鋁及鋁合金表面處理研究進展[J].中國計量學院學報,2010,21(2):174-178.

        [2] 郭巧琴,蔣百靈,李建平.本底真空度對非平衡磁控濺射C/Cr復合鍍層性能的影響[J].功能材料,2012,40(10):1750-1753.

        [3] 李偉力,鄭曉航.偏壓對直流磁控濺射Fe-N薄膜結(jié)構(gòu)及性能的影響[J].材料科學與工程,2008,16(6):773-775.

        [4] 劉靜安,謝水生.鋁合金材料的應用與技術(shù)開發(fā)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2004:356-562.

        [5] 高玉周.耐磨梯度表面層的制備及其滑動摩擦學特性的研究[D].大連:大連海事大學,2000:93.

        [6] 黃鶴.離子束輔助沉積類石墨碳膜和BXO膜的結(jié)構(gòu)及其摩擦學性能的研究[D].西安:西安交通大學,2003:10-12.

        [7] 郭巧琴,蔣百靈,李建平,等.基體偏壓對磁控濺射Al-Sn20/C鍍層組織形貌與性能的影響[J].特種鑄造及有色和金,2011,31(4):308-310.

        [8] 牟宗信,關(guān)秉羽,李國卿,等.非平衡磁控濺射中調(diào)制磁場的作用[J].真空,2002,(3):27-29.

        [9] Teer D G.Magnetron sputter ion plating:U.S.Patent 5,556,519[P].1996-09-17.

        [10] Teer D G.Newsolid lubricant coatings[J].Wear,2001,251:1068-1074.

        [11] BugaevU S P,Podkovyrov V G,Oskomov K V,et al.Ionassisted pulsed magnetron sputtering deposition of Ta-C films[J].Thin Solid Films,2001,89:16-26.

        [12] 郭巧琴,蔣百靈,李建平.靶電流對AlSn20/C鍍層耐蝕性的影響[J],中國有色金屬學報,2012,2(8):2289-2294.

        [13] Yang S,Camino D,Jones A H S,et al.Deposition and tribological behavior of sputtered carbon hard coating[J].Surface and coating technology,2000,124:110-116.

        猜你喜歡
        磁控濺射偏壓摩擦系數(shù)
        隧道內(nèi)水泥混凝土路面微銑刨后摩擦系數(shù)衰減規(guī)律研究
        中外公路(2022年1期)2022-05-14 08:13:26
        摩擦系數(shù)對直齒輪副振動特性的影響
        C/C復合材料表面磁控濺射ZrN薄膜
        復雜腔體件表面磁控濺射鍍膜關(guān)鍵技術(shù)的研究
        預留土法對高鐵隧道口淺埋偏壓段的影響
        微波介質(zhì)陶瓷諧振器磁控濺射金屬化
        淺埋偏壓富水隧道掘進支護工藝分析
        河南科技(2015年4期)2015-02-27 14:21:05
        灰色理論在偏壓連拱隧道中的應用
        基于TPS40210的APD偏壓溫補電路設(shè)計
        CSP生產(chǎn)線摩擦系數(shù)與軋制力模型的研究
        上海金屬(2014年3期)2014-12-19 13:09:12
        久草91这里只有精品| 国产在线不卡一区二区三区| 欧美日韩另类视频| 妇女自拍偷自拍亚洲精品| 极品美女调教喷水网站| 妺妺窝人体色www看人体| 无码国产精品一区二区vr老人| 99精品国产闺蜜国产在线闺蜜| 午夜视频在线观看国产| 新婚人妻不戴套国产精品| 男女一边摸一边做爽爽的免费阅读| 亚洲国产A∨无码影院| 精品av一区二区在线| 国产精品毛片无遮挡高清| 丰满熟妇乱子伦| 国产精品亚洲专区在线播放| 国产精品亚洲av一区二区三区| 日本边添边摸边做边爱| 欧美黑人又粗又硬xxxxx喷水| 日本在线观看不卡| 高清不卡av在线播放| 国产成人精品久久亚洲高清不卡 | 成人无码一区二区三区网站| 亚洲高清中文字幕精品不卡 | 人妻少妇中文字幕在线观看| 柠檬福利第一导航在线| 久久福利青草精品资源| 亚洲天堂一区二区三区| 在线播放真实国产乱子伦| 蜜桃精品免费久久久久影院| 国产人禽杂交18禁网站| 亚洲av高清一区二区在线观看| 国产白袜脚足j棉袜在线观看| 欧美一级在线全免费| 中文字幕一区二区在线| 日韩精品无码熟人妻视频| 理论片87福利理论电影| 国产亚洲精选美女久久久久| 日本一二三区免费在线| 最近中文字幕完整版免费| 久久免费视亚洲无码视频|