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工学硕士学位论文
小模数精密齿轮 PIII&D 复合强化
处理工艺研究
硕士研究生: 宋晓航
导师:王浪平副教授
申请学位级别: 工学硕士
学科、专业: 材料加工工程
所在单位:材料科学与工程学院
答辩日期:2008 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
STUDY ON PIII&D DUPLEX TECHNIQUE OF
STRENGTHENING PRECIOUS
SMALL MODULUS GEAR
Candidate: Song Xiaohang
Supervisor: Asso. Prof. Wang Langping
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Material Processing Engineering
Affiliation: School of Materials Science and
Engineering
Date of Defence: July, 2008
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文采用全方位离子注入与沉积技术(PIII&D)在 2Cr13 和 30CrMnSi 基体
表面上制备了 TiN//DLC 复合膜层,并对小模数齿轮进行了强化处理。
TiN、、DLC 膜层均由 PIII&D 技术中的阴极弧沉积方法来制备。
对制备的多层膜进行了 X 射线衍射(XRD)、Raman 光谱测试、显微硬度、
摩擦磨损、扫描电镜(SEM)测试。XRD 测试结果表明:此种方法制备的多层膜
均为非晶态薄膜。Raman 光谱测试结果表明:PIII&D 技术制备的 DLC 膜膜层
内有一定量的 sp3 碳成分。显微硬度测试结果表明:在一定范围内,随着中间
过渡层(TiN/)及 DLC 膜厚度的增加,TiN//DLC 复合膜层的硬度也越
高。划痕试验表明:TiN//DLC 复合膜层改善了 DLC 膜和基体的结合力,
不同工艺参数薄膜的破裂程度明显不同,说明不同工艺参下数膜层的内应力差
异很大。摩擦磨损实验结果表明:适当控制中间过渡层与 DLC 膜的合成时间
(2h/2h/3h)及和成 时真空室的气压(),并加入 的 Ti+注入,可以
获得摩擦性能优异的膜层(摩擦转数达到 80000,摩擦系数保持在 左右)。从
综合性能的表现分析,TiN//DLC 复合膜层实现了基体到外部 DLC 膜层的
梯度过渡,既保持了类金刚石(DLC)薄膜低摩擦系数的特性,又改善了薄膜和
基体的结合力。SEM 测试结果表明:齿轮装夹在不同位置对齿轮轮齿表面膜
层的均匀性不同,装夹时应保证齿轮处在金属源口正中。同时,增加合成膜层
时的高压频率可以提高膜层的均匀性。
关键词全方位离子注入与沉积;膜基结合力;梯度过渡;膜层均匀性
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Using plasma immersion ion implantation and deposition (PIII&D),
TiN//DLC multilayer were synthesized on 2Cr13 and 30CrMnSi steel,and
modifys the small-odulus-gear. TiN layer, layer, Diamond-like carbon (DLC),
were synthesized by the pulsed cathodic arc plasma source in PIII&D facility.
The films were characterized by x-ray diffraction (XRD), Raman spectrum,
micro-hardness, scratch and scanning electron microscopy (SEM)