双重高离化处理增强硬质合金上纳米WN膜附着性机理的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51471071
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Superhard or hard composite coating's preparation methods using in-situ plasma nitriding (PN) and high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) integration technologies (also known as Duplex hybrid technology) with high ionization degrees have a lot of advantages. Traditional WC-Co hardmetals used widely were selected as substrate, high performance composite coatings were firstly prepared with the gradient distribution of N element content and microhardness. The intrinsic relationships between the key technological parameters of Ar-N2 mixed gas plasma nitriding process with a high ionization degree on as-grinded or as-polished cemented carbide surface and compositions, structures, properties of the nitriding layers were investigated, then in-situ several microns thick nanocrystalline WN coatings on the nitriding layer were reactive sputter deposited using pure W target, HiPIMS technology and Ar-N2 mixed gas, the effect laws between the key technological parameters in favour of high ionization degrees for inlet gases and metallic particles sputtered from W target and the nanocrystalline WN coating's compositions, structures, properties were explored. Mainly focusing on: (1) the formation mechanisms and orientation relationships of compound phases (WNx, CoNx) within nitriding layer on cemented carbide surface; (2) the interfacial structures and orientation relationships between the compound layer and the nanocrystalline WN coating. The microstructure evolution laws of cemented carbide surface using plasma nitriding treatment with high ionization degree were ascertained, the growth mechanisms and adhesion enhancement mechanisms of nanocrystalline WN coating magnetron sputter deposited with high ionization degree were revealed, and the basic data and technical support was provided for the industrial applications of a new type of superhard coating system.
基于等离子渗氮(PN)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术兼具高离化、原位组合制备(超)硬质复合涂层的优势,选择工程应用广泛的钨钴硬质合金为基体,率先制备出氮元素和硬度呈梯度分布的高性能复合涂层(氮化层-纳米WN膜)。首先探讨研磨态/抛光态硬质合金表面Ar-N2混合气高离化等离子渗氮工艺与渗氮层成分-结构-性能的内在关系;然后原位采用纯W靶、HiPIMS技术、Ar-N2混合气在渗氮层上沉积数微米厚的纳米WN膜,研究气体和溅射金属粒子的高离化关键工艺参数对纳米WN膜成分-结构-性能的影响规律。重点研究:(1)硬质合金表面渗氮层中化合物相(WNx、CoNx)的形成机制与位向关系;(2)化合物相层与溅镀纳米WN膜之间的界面结构与位向关系。探明硬质合金表面高离化等离子渗氮处理的组织演变规律,揭示高离化溅镀纳米WN膜的生长机制和附着性增强机理,为新型超硬涂层体系的工业应用提供基础数据和技术支撑。

结项摘要

现代机加工技术不断向高速化、高精化、干切削、硬切削等方向发展,对硬质合金刀具涂层提出了更高的要求。本项目在YG6、YG10x硬质合金上采用直流磁控溅射(DCMS)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备WNx(x=0-0.5)薄膜,重点研究了薄膜的显微结构、附着性能和摩擦学性能,取得了以下创新性试验结果。.(1)采用DCMS技术重点研究W靶溅射功率、N2/Ar流量比、基体偏压、沉积温度等关键工艺参数对WNx薄膜结构和性能的影响。1)不同溅射功率的研究结果表明,WNx薄膜的表面粗糙度Ra值0.062-0.086 μm;随着溅射功率的增加,涂层由单一的fcc-W2N相转变为bcc-W和fcc-W2N的混合相;沉积速率由0.85 μm/h增至2.39 μm/h;平均摩擦系数0.41-0.47,磨损率低至2.11×10-16 m3/Nm;薄膜附着性良好,划痕法载荷100 N时,硬质膜仍未出现失效;TEM分析表明,混合相涂层是由W2N和W纳米晶镶嵌非晶基体组成的纳米复合结构,柱状晶由不连续生长的亚晶构成,亚晶粒尺寸小于100 nm。2)N2/Ar流量比的研究结果表明,随着N2流量升高,薄膜沉积速率下降,薄膜最高硬度为26.44 GPa。3)基体偏压对薄膜的残余应力影响较大;TEM观察表明,薄膜的横截面显微结构为多层膜结构,每层厚度15 nm;摩擦磨损过程中会在薄膜浅表层形成一层几十纳米厚的细晶变形层。4)沉积温度450-550 C范围内,WNx薄膜的结构与性能较稳定。.(2)采用HiPIMS技术沉积W薄膜、低氮掺杂的W(N)薄膜。结果发现,W、W(N)薄膜的表面形貌分别为细长的“杆状”、致密的“韧窝状”。掺氮后的W(N)薄膜硬度由纯W膜的18.12 GPa升至29.39 GPa,磨损率由3.0×10-15降至5.08×10-16 m3/N·m。W(N)薄膜与YG6-YG15系列硬质合金均有优异的附着性。进一步试验结果表明,不同气压下的W(N)薄膜均有着较高硬度(约30 GPa),与YG6硬质合金的附着性高达171 N。此外,还进一步研究了HiPIMS-DCMS复合技术对薄膜结构与性能的影响规律。.本项目可控制备出具有纳米晶/非晶复合结构的WNx薄膜具有较高的硬度、较低的磨损率以及优异的附着性能,在无中间过渡层的二元单涂层体系中表现优异,具有巨大的工业应用前景。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(10)
YG6硬质合金上APA-Arc制备TiCN梯度膜结构及力学性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    硬质合金
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李雪萍;谭超林;蔡盼盼;陈灵;雷淑梅;邓阳;黎毓灵;周克崧;匡同春
  • 通讯作者:
    匡同春
Novel performances of in situ plasma nitriding-PVD duplex-treated nanocrystalline TiN coatings
原位等离子氮化-PVD双相处理纳米晶TiN涂层的新性能
  • DOI:
    10.1080/02670844.2017.1370881
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    Surface Engineering
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Chaolin Tan;Kesong Zhou;Tongchun Kuang;Yuling Li;Menyou Ma
  • 通讯作者:
    Menyou Ma
SKD11冷作模具裂纹原因分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    金属热处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷淑梅;张成毅;匡同春;陈灵;陈丽凤;张美英;尹诗衡
  • 通讯作者:
    尹诗衡
Effects of tailored nitriding layers on comprehensive properties of duplex plasma-treated AlTiN coatings
定制氮化层对双相等离子处理AlTiN涂层综合性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2017.03.209
  • 发表时间:
    2017-08
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Deng Yang;Tan Chaolin;Wang Yi;Chen Ling;Cai Panpan;Kuang Tongchun;Lei Shumei;Zhou Kesong
  • 通讯作者:
    Zhou Kesong
Fabrication and characterization of in-situ duplex plasma-treated nanocrystalline Ti/AlTiN coatings
原位双相等离子体处理纳米晶 Ti/AlTiN 涂层的制备和表征
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2016.03.207
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chaolin Tan;Tongchun Kuang;Kesong Zhou;Hongmei Zhu;Yang Deng;Xueping Li;Panpan Cai;Zongwen Liu
  • 通讯作者:
    Zongwen Liu

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其他文献

低温水冷下AZ80镁合金表面激光熔覆Al63Cu27Zn10涂层的组织与性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱红梅;谭超林;匡同春;王新林
  • 通讯作者:
    王新林
厚度对TiN薄膜力学性能的影响
  • DOI:
    10.13922/j.cnki.cjovst.2016.03.08
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵升升;周晟昊;余红雅;匡同春;曾德长
  • 通讯作者:
    曾德长
镶嵌结构界面金刚石成膜机制的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘仲武;匡同春;曾德长;周克崧
  • 通讯作者:
    周克崧

其他文献

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硬质合金表面改性生成CNTs增强金刚石膜基结合力研究
  • 批准号:
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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