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Cr-B-C薄膜的制备及摩擦学特性的研究姓名：陈建云学号：SX1105207专业：机械设计及理论指导教师：周飞教授南京航空航天大学硕士论文开题报告2研究方法、技术路线及可行性分析研究目标、内容及拟解决的关键理论国内外研究现状目录课题来源及背景1234现有研究条件和工作基础5计划进度及预期研究结果61课题来源及背景1.1课题来源第一代第二代第三代最高级别简单的二元氮化物、碳化物常见的主要有TiN、CrN、ZrN、TiC、VC、TaC多元复合过渡金属化合物主要是：TiCN、TiAlN、CrTiAlN等纳米多层（复合）超硬膜硬度高于100GPaDLC，优异的力学性能、表面状况和抗磨损性能，摩擦系数很低，低于0.21.2背景1课题来源及背景1.现代制造业对金属切削刀具和许多在摩擦环境中使用的部件的技术要求越来越高。2.硬质薄膜材料从简单的二元氮化物、碳化物逐渐发展到纳米多层(复合)超硬膜。3.过渡族金属氮化物膜层因其硬度高、高温抗氧化、耐腐蚀和摩擦系数低等优点已经在工业生产中有泛应用,比如大幅度提高了高速钢和硬质合金刀具的使用寿命和切削速率。4.近年来，国内外工作者将CrN优良的摩擦学性能同广泛使用的TiN进行了比较，发现CrN涂层不但有很强的抗磨、减磨性能，而且还有优良的耐腐蚀能力，高温稳定性，并且可以形成厚膜。2国内外研究现状2.1研究成果早期研究广泛应用目前的研究国内外对比2000年以来，国内外工作者的研究表明，CrN涂层的钻头用于合金钢板时比普通钻头提高7倍的寿命；所做的磨损实验表明CrN具有结合力强，化学稳定性高，热扰动性能好和700℃以下良好的热稳定性等优点。在工业应用中，CrN涂层广泛应用于加工铜基和钛基合金的铣刀和车刀上,并广泛应用于铝制合金的铸件上。90年代初，国外在CrN涂层耐磨性能的研究上逐渐取得了一些研究成果，研究表明，CrN涂层显微硬度值约为2200HV；有极好的附着力，划痕实验临界载荷可达85N;薄膜有紧凑的柱状晶结构和更致密的显微组织。美国PhygenInc公司04年已经宣称拥有高附着力的更硬、更韧的纳米晶CrN镀膜，纳米压痕硬度高达40~50GPa，镀膜抗高温氧化温度高达840℃以上，摩擦系数小于0.1s。到目前为止，我国对CrN的研究还不是很深入，在这方面应引起我国科学工作者的重视。2国内外研究现状2.2主要方法拟采用方法单层结构采用磁控溅射的方法先在硬质合金表面沉积一层纯Cr中间层，然后通过改变向腔体中通入的Ar2和N2的气体流量比来改变沉积的薄膜中Cr和N的原子比，直到沉积成膜厚为几微米的厚膜。然后研究其膜层的化学成分、微观结构及摩擦磨损、电化学腐蚀性能。常用的多弧离子镀(简称MAIP)技术具有高离化率、高沉积速率和低成本等优势,但在沉积过程中,涂层表面存在阴极材料所射出的大颗粒(液滴相),导致涂层缺陷增多、均匀性和强度降低、表面粗糙度增加的缺点。磁过滤阴极弧源技术(简称FCVA)用等离子体电磁场过滤，可有效减少或消除大颗粒，得到更为光滑、坚硬和致密均匀的涂层。3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.1研究目标通过查阅文献和大量的探索实验确定制备CrN梯度模的各项参数以及Ar2和N2的流量比。123能够根据设定好的参数和不同的气体流量比制备出膜基结合力和性能相对较好的CrN梯度模。能够应用所具有的实验条件研究CrN梯度模在不同水溶液(海水、模拟体液)中的摩擦学性能和电化学腐蚀性能。3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.1研究目标Cr基体N2逐渐增加随着N2和Ar流量比的增加，沉积的膜层中N和Cr的原子比逐渐增加，形成CrN梯度模。3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.2研究内容CrN梯度模的制备CrN梯度模的摩擦磨损性能CrN梯度模的电化学腐蚀性能3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.2研究内容1、CrN梯度模的制备运用磁控溅射的方法制备出要研究的CrN梯度模3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.2研究内容研究CrN梯度模在不同水环境下(海水、模拟体液)的摩擦学性能，并将其与CrN双层膜的摩擦学特性进行比较。2、CrN梯度模的摩擦磨损性能3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.2研究内容3、CrN梯度模的电化学腐蚀性能通过电化学腐蚀试验研究CrN梯度模的耐腐蚀特性,并且对其进行评价与分析。3研究目标、内容及拟解决的关键技术问题3.3拟解决的关键问题制备薄膜时的各项参数关键技术增大膜基结合力降低薄膜的摩擦系数增强薄膜的抗腐蚀性4研究方法、技术路线及可行性分析4.1研究方法制定实验方案试验研究对实验结果进行分析查阅前人相关研究方案，进行实验设计。按照实验方案进行试验研究研究方法通过对实验数据的分析证明此研究方向的可行性和重大意义。4研究方法、技术路线及可行性分析4.2技术路线准备实验材料CrN梯度模制备摩擦磨损试验电化学腐蚀试验整理实验数据实验结果处理分析4研究方法、技术路线及可行性分析4.3可行性分析研究的重点是用磁控溅射的方法制备出性能较好的CrN梯度模，并在此基础上对其性能进行研究。国内外已有不少学者对CrN双层膜和金属复合CrN涂层进行了研究，这就为我们进一步研究提供了参考。N2逐渐增加使得膜层中元素含量逐渐变化，膜基结合力更好，初步设想所制备薄膜的性能也较好。125现有研究条件和工作基础5.1前期工作安排国内外有关课题的文献的学习，掌握有关CrN涂层的国内外前沿技术及存在问题。三维建模软件CATIA、前处理软件GAMBIT的学习，CFD仿真软件FLUENT的学习。根据国内外已有的研究成果确定薄膜制备的各项参数和检测薄膜性能的试验参数。熟悉制备薄膜的设备，摩擦试验机和电化学腐蚀工作站，掌握其原理并且能够熟练使用。预计实验过程中可能遇到的困难和问题，制定几个典型问题的解决方案5现有研究条件和工作基础5.2实验设备5现有研究条件和工作基础5.2实验设备6计划进度及预期研究成果6.1预期研究成果预期研究成果能够成功制备膜基结合力较好的CrN梯度模，以便于后来的性能研究。所制备的梯度模具有较好的稳定性，能够进行摩擦试验和电化学腐蚀试验。实验结果能够较好的与论论研究成果此昂吻合。6计划进度及预期研究成果6.2计划进度2011年2012年2013年2014年9-8月8-10月11-12月1-6月7-10月11-12月1-3月查阅各种资料，进行专业文献阅读编写文献阅读报告编写开题报告制备CrN梯度模摩擦试验和腐蚀试验，试验数据分析撰写论文初稿修改论文，论文答辩7结束语