c17200铜合金表面镀钛渗氮复合改性分析word格式论文.docxVIP

摘要本文针对铜合金耐磨性差的问题，采用镀钛后等离子体渗氮的方法在C17200铜合金表面制备了改性层，并采用OM、SEM方法对Ti膜和改性层的形貌进行了观察，采用EDS方法分析了元素分布，用XRD方法对相结构进行了分析，采用显微硬度测试和摩擦磨损试验对改性层的性能进行了分析。磁控溅射方法制备的Ti膜表面平整，膜层厚度均匀，质量较高。经等离子体渗氮处理后表面获得了主要相组成为Ti2N、CuTi2、CuTi、Cu4Ti3、Ti2Cu3、Cu3Ti、Be3Ti2Cu的改性层。本文在高温(810℃~880℃)探索了等离子渗氮工艺，发现高温下制备改性层存在表面粗糙、易打弧、易污染、易出现褶皱等问题。在810℃采用H2气氛对镀2.5μmTi膜的C17200铜合金等温4h 后制备了表面质量相对较高的表面改性层，改性层厚度6μm，相组成为主要为Cu3Ti。在低温下(650℃~790℃)对镀6.3μmTi膜的C17200铜合金等离子体渗氮后实现了N的渗入并获得了Ti的氮化物层。Ti2N仅在低温短时扩散后获得。在650℃渗氮4h后在C17200铜合金表面获得了2.54μm的Ti2N层。Ti2N层随着渗氮温度和时间的延长而变薄，Cu-Ti 金属间化合物层则随时间和温度逐渐增厚。并且金属间化合层的厚度随温度的变化较大，与时间的1/2次方近似成正比。650℃渗氮4h 和750℃渗氮8h 后分别获得了9μm和17μm的改性层。在表面形成CuTi2、CuTi、Cu4Ti3、Ti2Cu3和弥散分布的Be3Ti2Cu相，而在基体一侧则优先形成Cu3Ti。在750℃渗氮4h 和8h后分别获得了9.5 μm 厚Cu4Ti3层和14μm 厚Cu3Ti层。对表面改性层的显微硬度分析和摩擦学性能分析发现Ti2N 的出现显著提高了表面硬度，镀Ti膜厚度6.3μm的C17200铜合金经650℃等离子体渗氮后，表面硬度达到了983HV，为基体达到的最高硬度(350HV)的2.8倍，Cu-Ti金属间化合物的硬度值稍低，为350~500HV。经改性后摩擦系数和磨损率大幅降低。650℃渗氮4h后的C17200铜合金在与GCr15对磨球的对磨过程中磨损率降低为基体的27%，在与WC对磨球在2N载荷对磨1800s过程中摩擦系数为0.3~0.5，磨痕较浅，仅出现轻微的擦伤。700℃渗氮4h后的C17200铜合金出现了摩擦增重现象。750℃渗氮6h和8h后在C17200铜合金表面获得了Cu-Ti 金属间化合物层，耐磨性能也获得明显改善。经镀渗复合改性后C17200铜合金的主要的磨损机制发生变化，不再有严重的黏着磨损。关键词：C17200铜合金；Ti2N；Cu-Ti金属间化合物；摩擦性能- I -AbstractInordertoimprovethewearproperty,titanium-copper-nitrogen thermo-reactivediffusioncoatingswereobtainedonthesurfaceofC17200 copper–berylliumalloybydepositionandnitridingprocess.Thesubstrateswere firstlydepositedwithTifilmbymagnetronsputteringandthen plasmanitrided.The as-obtainedcoatingwascharacterizedbyopticalmicroscope(OM),scanning electronmicroscope(SEM),energydispersivespectrometer(EDS),X-ray diffractometer (XRD),microhardness testsandpin-on-disk tribometer.High-qualityTifilmwasobtainedbymagnetronsputteringandCu-Ti-N thermo-reactivediffusionhappened duringthenitriding process.Themodifiedlayer mainlyconsistsofTi2N、CuTi2、CuTi、Cu4Ti3、Ti2Cu3、Cu2Ti、Cu3TiandBe3Ti2Cuphases.Themodifiedlayernitridedunderhightemperature(810~880℃)hasahigh roughnessandcontaminatedinsomewaybyoxygenandnitrides.Bettersurface layerwasobtainedunder810℃inplasmahydrogenatmosphe