工程摩擦学8课件.ppt

CVD技术自20世纪60年代出现以来，在硬质合金可转位刀具上得到了极为广泛的应用。在CVD工艺中，可实现TiC, TiN, TiCN, TiBN, TiB2, Al2O3等单层及多元多层复合涂层，该涂层与基体结合强度高，薄膜厚度可达7-9μm, 相对而言，CVD涂层具有更好的耐磨性。 CVD工艺的缺陷： 一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度的下降； 二是薄膜内部为拉应力状态，使用中易导致微裂纹的产生； 三是CVD工艺所排放的废气、废液会造成工业污染，对环境影响较大，与目前所提倡的绿色工业相抵触。 2) CVD-Chemical Vaporizing Deposition 8. Surface Eng in Tribology * 8. Surface Eng in Tribology 8.3表面涂层 8.3.3气相沉积(Vapor deposition) 2)化学气相沉积(CVD) 是以含C/N的有机物乙腈(CH3CN)为主要反应气体和TiCl4, H2,N2在700℃下产生分解、化学反应，生成TiCN的一种新方法，可获得致密纤维状结晶形态的涂层，涂层厚度可达8~10μm。 这种涂层结构具有极高的耐磨损性、抗热振性及韧性，并可通过HT-CVD（高温化学气相沉积）工艺技术在表层沉积上Al2O3,TiN等抗高温氧化性能好、与被加工材料亲和力小、自润滑性能好的材料。 CVD工艺（包括 MT-CVD）主要用于硬质合金车削类刀具的表面涂层，其涂层刀具适合于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。因此，在干式切削加工中，CVD涂层技术仍占有极其重要的地位。 2)-1 MT-CVD（中温化学气相沉积） 8. Surface Eng in Tribology * 8. Surface Eng in Tribology 8.3表面涂层 8.3.4离子束注入 离子束注入是指把所需要元素的原子电离成离子，并使其在几十至几百千伏的电压下进行加速，进而轰击零部件表面，使离子注入一定深度的表层，从而改变材料表面层的物理化学和机械性能的真空处理工艺技术. 1)离子注入的基本过程 (1)注入离子与基体原子的原子核发生弹件碰撞、使基体产生离子大角度散射或受到辐射损伤，此过程称为核碰撞. (2)注入离子与基体内的电子发生非弹性碰撞，使原子失去或获得电子而发生电离或产生x射线，此过程称为电子碰撞。注入离子在上述多次碰撞过程后，耗尽白身能量而停止运动．保留在基体表层中。 * 8. Surface Eng in Tribology 8.3.4离子束注入 2)提高材料机械性能的基本原理 (1)损伤强化-在一系列的碰撞过程中，表面的原子排列受到强烈损伤，由长程有序变为短程有序，甚至使晶体转变为非晶。并且，离子注入所产生的大量空位集结在位错周围，对位错产生钉扎作用，从而表层得到进一步的强化。 (2)间隙固溶强化-一些非金属元素如N、C、B，它们的原于半径小于1A，接近于晶格的某些间隙(如面心立方的八面体间隙或体心立方的四面体间隙)的尺寸, 它们在金属的晶格中处于间隙位置，使晶格产生畸变，阻碍位错运动，提高表面层的强度和硬度。 * 8. Surface Eng in Tribology 8.3.4离子束注入 2)提高材料机械性能的基本原理 (3)偏聚强化-原子往往偏聚在位错附近，降低位错能量状态。 (4)沉淀强化-一些非金属元素如N、C、B，它们的与基体中其他元素形成化合物,在基体中弥散沉淀析出,提高表面层的强度和硬度。 (5)残余压应力-由于表层的体积增大受到内部的约束而形成残余压应力 3) 改变材料表面化学性能的原理 表面钝化层,表面惰性层,单相结构表层,表面层非晶化,表层氧化膜致密与增厚. * 8. Surface Eng in Tribology 8.3.4离子束注入 4)离子束注入工艺技术的优缺点 (1)由于注入的离子能量很高，因此离子注入的过程是非热力学平衡过程，可将在热力学上与基体不互溶的元素注入基体中。 (2)由于离子注入是高能量输入的动力学过程，因此获得的表面层组成相不受传统的热力学限制．可获得其他方法得不到的新合金相。 (3)离子注入表层与基体材料无明显界面，使力学性能在注入层至基材为连续过渡保证了注入层与基材之间具有良好的动力学匹配性．避免了表面层的破裂与剥落。 (4)离子注人为常温真空表面处理技术，因此零部件经表面处理后，无变形、无元氧化，保持了原尺才精度和表面状态。 * 8. Surface Eng in Tribology 8.3.4离子束注入 4)离子束注入工艺技术的优缺点 (