热作模具钢上沉积铝硬膜案例.doc

毕业设计（论文）外文参考文献译文本 2014届 译文出处 ：Journal of Materials Processing Technology 毕业设计题目 ：?H13热模具钢电弧离子镀TiN膜的结构与氧化性能分析 院（系） ：机械工程学院 专业名称 ：材料成型及控制工程 学生姓名 ：蒙 庆 学生学号 ：100309532 指导教师 ：李 菊 英  铝合金用的热作模具钢上沉积硬膜 K.B.muller Forschungszentrum Strangpressen，Techniche UNIVERSITA柏林，古斯塔夫 - 迈耶 - 阿利25，Gebaude17A，13355柏林，德国 摘要 在高温下的铝合金挤出过程中，模具处于非常严重的热应力和机械应力下。在挤出模头和挤出产物之间的相互作用区域中发生进一步滑动摩擦和粘着磨损。 为了提高模具的性能和铝合金产品的质量，等离子预氮化和等离子辅助的化学气相沉积（PAVCD）或物理气相沉积（PVD）相结合的两种工艺，应用到热加工钢（X38CrMoV5-1)制作的挤压模。双面层在530℃的温度下产生。在PN过程中对工艺参数的影响，例如占空比，在这个过程中气体的氮浓度和渗氮时间，进行了研究。模具表面的优化修改已经实现。与未经处理的常规ＰＮ薄膜比较，双层（TiBN-，CrN-和W-C：H薄膜在PN薄膜上）具有较高的宏观硬度（HV9.5）和临界载荷。工业模具表面涂层性能通过直接挤压装置检查。 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved. 关键词：硬膜;等离子渗氮;双工艺过程; 等离子氮化;等离子化学气相沉积;挤压。 1.前言 挤出过程中滑动摩擦和粘着磨损发生在模支承面和轮廓表面之间的相互作用区域。这种摩擦过程在几个方面有着显著的作用，如挤出制品的表面质量，尺寸公差和模具寿命[1-4]。为了提高模具的性能和铝产品的质量，两种处理工艺被施加在由热工作钢制成的挤出模头。等离子体化学气相沉积（PACVD）是在具有复杂几何形状的基材上沉积硬薄膜最成功的方法，因为直流等离子体的鞘伴随着基板完全相同的轮廓[5,6]。在该方法中，沉积温度范围在热加工钢的的回火温度以下[ 7-9 ]。非常硬的TiBN膜和钢基体之间的硬度差异将导致该系统的弹塑性变形的差异，因此，硬质膜的有效保护作用受到阻碍。在硬薄膜的沉积过程，应用两种工艺包括一个等离子渗氮（PN）预处理和之后的PACVD沉积，能防止这种效果。在此工作中，表面形态学，表面相结构和两种工艺后处理热加工钢的表面上的氮元素的深度分布通过扫描电子显微镜（SEM），X-射线衍射（XRD）分析辉光放电光谱学（GDOS）分析。该TiBN薄膜的化学计量是由WDX确定。双层的机械性能由努氏硬度测试和销盘的摩擦试验测量。用划痕测试测量极限载荷。对热铝保护能力通过直接挤出方法进行测试[ 10 ]。 2．实验细节 2.1.双层的制备 双层分两步制备。第一步是在氮气和氢气的混合气体中的等离子体扩散。第二个步骤是PACVD过程。反应气体的等离子体激发受脉冲直流电影响。最高电压999V可应用在阴极基板和阳极室墙。在25 kHz的最大脉冲频率下，脉冲和暂停的等离子持续时间的范围在20到999微秒之间。基板温度可由室壁上的辅助加热系统单独设置，独立于等离子体参数。对氮化的发展以及PACVD涂层工艺来说，该气体组成的工艺参数，直流等离子体的占空比，气体压力和衬底电压，对膜性能的影响会被调查。TiCl4作为金属前驱物。典型的工艺参数在表1和表2中列出。TiCl4作为金属前驱物。该工艺气体由氩气，氢气，氮气，和三氯化硼组成。使用硬化到HV490，Hl3的圆盘（直径1.57英寸）作为测试材料。 2.2 双层表征 被PN处理后的热作钢优化的表面上TiBN薄膜组成的双层涂层以XRD，WDX，SEM和GDOS定性。机械性能由努氏硬度试验，划痕试验和摩擦试验（针在磁盘上，100Cr6针，Fn：5N）测定。 2.3 结果与讨论 PN预处理后改进的热加工钢表面工艺参数之间的关系进行了研究。用不同氮浓度和占空比准备样品。结果表明，在气体混合过程中氮的扩散深度和相在表面层的形成依赖于氮浓度，直流脉冲等离子体的占空比和处理的持续时间。 X射线衍射分析揭示Fe4N（γ）和Fe2-3N（ε）相的形成。 图1显示了不同预处理后TiBN薄膜的努氏硬度。由于Fe4N组成的涂层，实现了HK0.015最高硬度大约为2000。结果表明，在低氮气浓度，高占空比条件下，相比形成Fe2 -3N （ε），Fe4N（γ）相的形成更容易。在高占空比