Efecto del sesgo en la estructura y propiedades mecánicas de los recubrimientos a base de TiB2 dopados con Ni preparados por pulverización con magnetrón

- Apr 17, 2019-

Efecto del sesgo en la estructura y propiedades mecánicas de los recubrimientos a base de TiB2 dopados con Ni preparados por pulverización con magnetrón

 

 

Se prepararon una serie de recubrimientos a base de TiB2 dopados con Ni mediante pulverización magnetrónica no reactiva de doble objetivo. La composición se determinó mediante un espectrómetro de energía de rayos X, la estructura del recubrimiento se analizó mediante difracción de rayos X y microscopía electrónica de barrido. y la dureza, el módulo, la resistencia a la fractura, la adherencia a base de película y las propiedades tribológicas del recubrimiento se caracterizaron por nano sangría, indentación de vickers, rayado y fricción y desgaste. Los resultados muestran que: el recubrimiento de tib2-ni preparado por este proceso tiene una estructura de TiB2 hexagonal, y la estructura de crecimiento es muy densa, sin una estructura de crecimiento columnar obvia y baja rugosidad de la superficie. La dureza es mayor que 40GPa; El recubrimiento tiene buena tenacidad a la fractura. La tenacidad a la fractura y la fuerza de cohesión aumentan con el aumento del sesgo. Al mismo tiempo, los coeficientes de fricción de los recubrimientos preparados están todos en el rango de 0.5 a 0.6, y la tasa de desgaste está en el mismo orden de magnitud.

 

El recubrimiento a base de TiB2 preparado por pulverización con magnetrón tiene una gran dureza y una alta estabilidad química, por lo que se ha utilizado ampliamente en muchos aspectos y se puede usar para proteger la superficie de herramientas de corte, moldes y piezas aeroespaciales. Aunque el revestimiento a base de tib2 tiene una alta dureza, los materiales con una alta dureza suelen ser quebradizos y fácilmente conducen a fallas cuando se deforman. La baja tenacidad limita la aplicación del recubrimiento basado en tib2 en la ingeniería, y mejorar su tenacidad se ha convertido en una dirección de investigación muy importante. En general, el aumento de la tenacidad conducirá fácilmente a la disminución de la dureza, y es difícil lograr ambos.

 

 

Los materiales metálicos y cerámicos son ampliamente utilizados en muchos aspectos. La principal característica del metal es que posee una gran tenacidad. La cerámica tiene alta dureza pero baja tenacidad. En los últimos años, se han estudiado ampliamente los recubrimientos de nanocompuestos de cerámica / metal preparados mediante la incorporación de materiales dúctiles en recubrimientos a base de cerámica. Algunos estudios han dopado Ni o Ti en muchos carburos y recubrimientos de nitruro, como el TiC dopado con Ni, TiN y CrN, SiN dopado con Ti, etc. El dopaje metálico conducirá a cambios en la dureza y la dureza. Akbari et al. Se encontró un revestimiento de ti-ni-n con una dureza superior a 25GPa y una buena tenacidad.

 

Basado en la investigación anterior, este artículo estudia los diferentes dopados metálicos para la resistencia al agrietamiento de TiB2, la influencia del dopaje de Ni encontrado en el desempeño anti-craqueo es obvia, pero en los estudios previos, se encontró que aunque hay mejoras, son obvios en el crecimiento columnar, muestra que el rendimiento del recubrimiento tiene mucho margen de mejora, en base a esto, este artículo adopta los objetivos dobles del equipo de pulverización de magnetrón de frecuencia intermedia y potencia de RF al cambiar el sesgo del sustrato. parcialidad. Se estudiaron la estructura y las propiedades del recubrimiento preparado y se analizaron los efectos de la presión de polarización sobre su estructura de crecimiento, dureza, tenacidad a la fractura, adhesión de la película y tribología.

1. Experimento

 

1.1 Materias primas y preparación.

El recubrimiento se preparó con un equipo de pulverización de magnetrón de doble blanco MS450 de alto vacío. Al cambiar la polarización del sustrato, se depositó el revestimiento tib2-ni con una polarización diferente sobre el vidrio de Eagle Eagle, el monocristalino Si (100) y el sustrato de acero de alta velocidad M2. El objetivo TiB2 (100 mm de diámetro, 4 mm de grosor, 99,9 de pureza)

 

1.2 caracterización del recubrimiento

Usando Bruker D8 se llevó a cabo la difracción de rayos X (XRD) en el análisis de fase de recubrimiento, el modo CuK alfa, theta / theta, estableció la longitud del paso en 0.01 ° , rango de exploración 20 ° ~ 70 ° . La estructura de crecimiento del recubrimiento se observó utilizando un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo de alta resolución Hitachi S4800 (SEM). La tensión de aceleración fue de 4kV. La medición de la dureza del recubrimiento se llevó a cabo en el instrumento de sangrado nanométrico MTS NANO G200, y se usó la cabeza de diamante Berkovich. Para reducir la influencia del sustrato, la gran profundidad de inyección z * se fijó a 150 nm (aproximadamente 1/10 del espesor de la película). Cada muestra se midió en 8 puntos y se promedió, y el índice de plasticidad se calculó a partir de la carga. y curvas de descarga. El instrumento Revetest Revetest de CSM se usó para analizar la fuerza de unión entre el recubrimiento y el sustrato, y la cabeza de presión era una cabeza de presión de diamante Rockwell con un radio de 200 m. La fuerza de carga fue de 0 ~ 100N, y la longitud de carga fue de 3 mm. Prueba de indentación Vickers utilizando el comprobador de microdureza hv-1000. Se utilizó FEI QuantaTM 250FEG SEM para caracterizar la morfología de rayado y la morfología de muesca de vickers con un voltaje de 5 kV. Las propiedades tribológicas del recubrimiento se caracterizaron por la máquina de prueba de fricción CETR umt-3, y se utilizó el modo de intercambio de bola y disco. El experimento Se llevó a cabo a temperatura ambiente y humedad del 62 5%. La bola dual es una bola de Al2O3 con un diámetro de 6 mm, que se carga como 2N. La velocidad y la frecuencia recíprocas de la esfera dual son de 5 cm / sy 5 Hz. La distribución de la profundidad de las marcas de desgaste se obtuvo utilizando el kla-tencor alpha. -Perfil IQ perfilador de superficie.

 

2, la conclusión

 

(1) Se utilizó equipo de pulverización magnetrón para preparar un revestimiento de base TiB2 dopado con Ni a diferentes presiones de polarización.

(2) en términos de estructura, todos los recubrimientos de tib2-ni preparados solo tienen una estructura de TiB2 hexagonal. El recubrimiento de bajo sesgo tiende a ser amorfo, y el recubrimiento de alto sesgo tiene buena cristalinidad. Todos los recubrimientos tienen una estructura de crecimiento densa, sin estructura columnar obvia y baja rugosidad (menos de 1 nm).

(3) en términos de rendimiento, la dureza es superior a TiB2 y superior a 40GPa; Se encontró que la ductilidad es buena a través del índice de ductilidad y la prueba de indentación. A través de la prueba de rayado, la adhesión del recubrimiento aumenta con el aumento de la presión del transformador, el recubrimiento tib2-ni de alta polarización tiene una buena adherencia; En términos de propiedades tribológicas, los coeficientes de fricción de los recubrimientos preparados están entre 0.5 y 0.6, y la tasa de desgaste está dentro del rango de 1.2 10-15 a 3.2 10-15 m3 / N m, manteniendo el mismo orden de magnitud.

(4) a través del estudio de la estructura y las propiedades, el recubrimiento tib2-ni preparado por un alto sesgo de sustrato (alrededor de -110v) muestra un mejor desempeño.

 

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