靶电流对磁控溅射制备TiB2薄膜结构及性能的影响

2024-06-20 50 0.79M 0

  机械加工工艺的进步对切削刀具的性能提出了愈发严苛的要求,一方面刀具应具有更高强度及韧性以便应对高速切削带来的冲击载荷;另一方面刀具还应兼具优异的耐高温、抗氧化性能以满足极端工况下的服役需求。然而,传统刀具硬度的提升往往以牺牲韧性为代价,且传统刀具耐高温、抗氧化性能较差。通过在刀具表面沉积一层硬质、耐高温、抗氧化薄膜可有效解决这些问题。TiB2具有高硬度、耐高温、抗氧化以及同金属间化学亲和力低等特性,因此,通过在零部件表面沉积TiB2薄膜可显著改善切削刀具因摩擦磨损而导致的失效问题。采用直流磁控溅射技术在Inconel 718表面沉积了一系列TiB2薄膜,研究在溅射沉积阶段通过调控靶电流(3.0、4.0、5.0和6.0A)对制备Ti B2薄膜在微观形貌、力学性能及摩擦学性能等方面的影响。结果表明:不同电流条件下沉积薄膜的截面形貌均为柱状结构,随着靶电流增加,薄膜沉积厚度、结晶度及晶粒尺寸增加;弱电流条件下沉积制备薄膜的硬度较低,使得其抗磨损性能较差;强电流条件下沉积制备的薄膜残余应力较大、膜基结合强度较差,从而导致其抗磨损性能较差;靶电流为4.0A时,沉积薄膜拥有最佳综合性能,体现在最低的磨损率W=6.347×10-6 mm3/(N·m)、较高的膜基结合强度L=36.78 N以及较低的残余应力σ=0.145 Pa。探究TiB2最佳直流磁控溅射制备工艺,揭示TiB2薄膜在溅射沉积阶段中不同电流强度对其结晶度、硬度及抗磨损性能的影响因素,将其沉积于切削刀具表面可改善切削刀具在高速切削过程中面临的摩擦磨损而导致的凹坑磨损问题。薄膜作为刀具表面涂层可有效防止刀具的高温氧化及元素扩散而导致的切削刀具过快失效问题,延长刀具使用寿命,改善加工精度,同时为高速切削刀具防护薄膜的后续研究提供一定的借鉴。



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