深冷处理对dlc合金钢复合体系机械性能的影响及机理研究材料学专业论文.docxVIP

研究生优秀毕业论文 第三章深冷处理对DLC／W9高速钢的膜基结合强度影响及机理研究 第三章深冷处理对DLC／W9高速钢的膜基结合强度影响及机理研究 ．．21 3．1深冷前后DLC／高速钢的膜基结合强度分析 ．．21 3．1．1洛氏压痕法SEM定性分析 21 3．1．2纳米划痕法定量分析 ．．22 3．2深冷前后DLC薄膜的形貌与硬度分析 ．．23 3．2．1表面AFM形貌分析 23 3．2．2薄膜纳米硬度分析 ．．23 3．3深冷前后DLC／高速钢的界面元素分布分析 一25 3．3．1截面SEM形貌分析 25 3．3．2截面EDS线扫描分析 26 3．4深冷前后高速钢基体的微观组织分析 26 3．4．1表面SEM组织形貌分析 26 3．4．2 XRD物相分析 ．27 3．5深冷前后DLC／高速钢复合体系残余应力的分析 ．．28 3．6本章小结 ．29 第四章深冷处理对DLC／304不锈钢的摩擦磨损性能影响及机理研究 ．．3 l 4．1深冷处理对DLC／不锈钢的摩擦磨损性能影响 一31 4．1．1深冷处理对摩擦曲线及磨痕形貌的影响 ．．31 4．1．2深冷处理对薄膜磨损量的影响 ．．32 4．2深冷处理对DLC／不锈钢的表面形貌及粗糙度影响 ．．33 4．3深冷处理对DLC／不锈钢复合体系的硬度与弹性模量影响 ．．35 4．3．1深冷前后不锈钢基体纳米硬度的变化 ．．35 4．3．2深冷处理对DLC薄膜纳米硬度与弹性模量的影响 35 4．4深冷处理对DLC／不锈钢复合体系的断裂韧性影响 ．．37 4．5深冷处理对DLC／不锈钢复合体系的残余应力影响 ．．40 4．6本章小结 40 第五章总结与展望 42 5．1本文的主要研究工作及结论 43 5．2展望 ．44 参考文献 ．．45 致谢 ．．51 硕士期间发表论文 ．．53 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 类金刚石碳膜(Diamond．1ike carbon films，简称DLC膜)，是一种以sp3键 和sp2键杂化形式结合的非晶碳膜，作为新型的硬质薄膜材料具有一系列优异的性 能，广泛用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等领域。但是由于DLC薄膜 过大的残余应力导致其韧性及膜基结合强度较差等缺点，限制了其在一些大载荷 条件下的应用。为进一步提高DLC薄膜的使用性能，目前科研人员主要采用改变 工艺参数、掺杂第三元素、引入中间过渡层或进行退火后处理等方式来改善DLC 薄膜的机械性能。但是，各类薄膜改性工艺都存在各自的局限性，难以获得具有 高硬度、强韧性、良好附着力和高耐磨性等综合性能较好的DLC薄膜材料。 大量研究结果表明，深冷处理能够显著提高金属基体材料的硬度、韧性和耐 磨性等力学性能，特别是，深冷处理能使高速钢等合金钢材料发生马氏体相变、 组织细化和微细碳化物扩散析出，但是以这类合金钢为衬底的膜基复合体系的深 冷研究却鲜有报道。因此，深冷处理对DLC薄膜或DLC薄膜／基体复合体系将会 产生怎样的影响，或者说对高速钢等合金钢的那些影响机制是否同样适用?是一 个值得探讨的问题。 本文采用非平衡磁控溅射技术在W9高速钢以及304不锈钢的合金钢基体上 镀厚度29m的DLC薄膜后分别进行两种类型的深冷处理工艺路线，根据深冷处理 对DLC／合金钢复合体系机械性能影响的各自规律与特点，本文分别探讨研究了深 冷处理对DLC／W9高速钢的膜基结合强度和DLC／304不锈钢的摩擦磨损性能的影 响状况及作用机理。 研究结果表明：(1)深冷30h处理后，W9高速钢基体上的DLC薄膜纳米硬 度增加约20％，这是因为深冷处理对DLC薄膜组织结构产生了微细化与致密化作 用。同时，深冷处理之后DLC薄膜／W9高速钢的洛氏压痕边缘薄膜的脱落明显减 少和膜基结合强度提高，深冷处理使DLC薄膜／合金钢基体复合体系的抵抗大载荷 压入形变能力得到增强。(2)深冷30h处理后，DLC薄膜在W9高速钢基体上的 附着力约由1．1N增至1．5N，以及基体组织结构被细化和膜基界面处基体表层的碳 含量明显增加。这是由于深冷处理使淬火态高速钢基体发生马氏体相变和马氏体 细化分解，促使基体晶界增多，为深冷回温阶段DLC薄膜中的C元素扩散至基体 表层提供更多的短程通道和沿晶界偏聚的场所，同时形成对基体具有钉扎效应的 碳化物从而提高膜基结合力。 (3)深冷处理、退火处理以及深冷+退火的复合处 理均不同程度地改善了DLC薄膜／304不锈钢的摩擦磨损性能，都使DLC薄膜的 摩擦系数和磨损体积减小，单一的深冷处理表现尤佳。这是因为三种处理工艺均 能改善DLC薄膜的断裂韧性、降低薄膜表面粗糙度，但只有单一的深冷处理不降 万方数据 西南大学硕士学位论文低反而提高DLC薄膜的硬度且使其获得最佳的润滑性和最高的硬弹比，这是其他 西南大学硕士学位论