压铸铝合金PVD层制备及其耐蚀性能的研究--《华南理工大学》2015年硕士论文
压铸铝合金PVD层制备及其耐蚀性能的研究
【摘要】：3C外观件中变形铝合金的使用是比较普遍的,但是变形铝合金需要进行复杂的机械加工,成本较高。采用压铸工艺制备3C外观件,成本将会大幅下降,随着压铸技术的成熟,市场对压铸铝合金的使用需求越来越紧迫,本文研究的ADC12铝合是目前使用最为广泛的压铸铝合金。铝合金由于硬度低耐磨性能较差,此外电负性强耐蚀性能也不够理想,通常需要进行表面处理,目前普遍采用阳极氧化工艺。然而ADC12由于硅含量较高,硅含量的质量百分比为9.6%~12%,限制了阳极氧化工艺的使用,PVD工艺由于色彩丰富、耐磨性能优良,用于压铸铝合金的表面处理有着非常广阔的市场空间。ADC12压铸铝合金中较高的硅含量虽然有利于提高材料的铸造性及相应的力学性能,但是也为前清洗工艺造成了相当的困难。传统的清洗溶液中含有硝酸、氢氟酸,硝酸在生产过程中会产生有毒的二氧化氮气体,挥发性的氢氟酸对人体也是有害的,因而采用无硝酸、氢氟酸的环保型清洗溶液是非常有必要的,本课题经过试验测试获得了一套环保型的前清洗方案,主要包括碱蚀除油—除灰出光—防锈处理三个步骤。由于铝合金基体较软,本课题采用的ADC12压铸铝合金的维氏显微硬度约为167HV,直接采用PVD工艺无法满足耐磨耐蚀性能的生产需求,因而本课题采用了表面硬化层与PVD工艺相符合的工艺。试验过程中表面硬化层的制备尝试了化学镀、电镀、热喷涂三种方案,对硬化层的形貌、热稳定性、耐磨耐蚀性能进行了测试,最终优选了电镀与PVD的复合工艺。本课题较为系统的研究了化学镀镍层的厚度、组织结构对后续PVD层各项性能指标的影响规律,PVD层为采用多弧离子镀制备的Cr N层,采用维氏显微硬度测试了复合层的显微硬度,通过销盘式摩擦磨损仪及SEM对复合层的耐磨性能进行了表征,通过电化学的方法测试了复合层的耐蚀性能,主要测试了动电位极化曲线及电化学阻抗谱。发现化学镀镍硬化层高温热处理虽然硬度高,但不利于提高PVD涂层的膜基结合力及耐蚀能力。通过化学镀+PVD复合处理工艺在ADC12表面获得了膜基结合力高、耐磨耐蚀性能优良的的复合涂层。与目前铝合金表面PVD处理报道结果比较,本课题获得了超过30N的膜基结合力。
【关键词】：
【学位授予单位】：华南理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TG174.4【目录】：
摘要5-6ABSTRACT6-11第一章 绪论11-22 1.1 课题研究意义11-12 1.2 压铸铝合金及其表面处理现状分析12-18
1.2.1 压铸铝合金性能特点12-13
1.2.2 压铸铝合金表面改性技术的研究现状13-18 1.3 物理气相沉积技术18-20 1.4 本课题的研究内容及创新点20-22
1.4.1 本课题研究内容20-21
1.4.2 本课题的创新点21-22第二章 试验过程及分析表征22-32 2.1 试验用材料22-23
2.1.1 基体材料22
2.1.2 靶材22
2.1.3 试验用主要化学试剂22-23 2.2 化学镀镍工艺及热处理23-25
2.2.1 化学镀镍工艺23-24
2.2.2 热处理工艺24-25
2.2.3 电镀铜镍铬工艺25
2.2.4 超音速火焰喷涂25
2.2.5 高速燃气电弧25 2.3 物理气相沉积工艺25-27
2.3.1 多弧离子镀设备25-26
2.3.2 CrN涂层沉积的工艺步骤26-27 2.4 涂层的检测分析及表征27-32
2.4.1 涂层物相及组成结构分析27
2.4.2 表面形貌、截面形貌的观察及成分分析27-28
2.4.3 显微硬度的表征28
2.4.4 涂层厚度的表征28-29
2.4.5 涂层结合强度的表征29
2.4.6 涂层耐磨性能的表征29-30
2.4.7 涂层耐蚀性能的表征30-32第三章 压铸铝合金的环保型前处理工艺32-38 3.1 碱蚀除污32 3.2 除灰出光32-36
3.2.1 除灰出光溶液的筛选33-34
3.2.2 除灰出光后的表面形貌及成分34-36 3.3 防锈处理36-37 本章小结37-38第四章 压铸铝合金表面硬化措施及选择38-49 4.1 不同处理获得的ADC12 样品表面形貌38-41
4.1.1 化学镀镍样品的表面形貌38-39
4.1.2 电镀样品的表面形貌及截面线扫描39-40
4.1.3 喷涂样品的表面形貌40-41 4.2 过渡层热稳定性的测试41 4.3 不同硬化处理层与PVD复合后的形貌、耐蚀性与耐磨性41-43
4.3.1 表面形貌41-42
4.3.2 耐磨性能测试42
4.3.3 中性盐雾试验42-43 4.4 化学镀镍层的制备及热处理43-47
4.4.1 化学镍层XRD及显微硬度44-47 本章小结47-49第五章 压铸铝合金PVD层的性能49-59 5.1 复合层的性能表征与分析49-53
5.1.1 涂层表面形貌及相结构49-51
5.1.2 涂层的显微硬度51-52
5.1.3 涂层的结合强度52-53 5.2 涂层的摩擦磨损行为及机理探究53-58
5.2.1 涂层的摩擦磨损行为53-56
5.2.2 涂层磨损机理的分析56-58 本章小结58-59第六章 涂层耐蚀性能的电化学评价方法研究59-68 6.1 复合层开路电位的测试及分析59-60 6.2 复合涂层的动电位极化曲线60-62
6.2.1 动电位极化曲线的测试及分析60-62 6.3 表面PVD层的阻抗谱研究62-67
6.3.1 电化学阻抗谱的测试及分析62-63
6.3.2 电化学阻抗谱的等效电路图及其拟合63-66
6.3.3 影响涂层耐蚀性的微孔洞66-67 本章小结67-68全文结论及展望68-70 1 结论68-69 2 展望69-70参考文献70-74攻读硕士学位期间发表的学术论文74-75致谢75-76附件76
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II 用PVD金属淀积方法在小尺寸接触孔中填充铝互连薄膜。实验证明用PVD
金属淀积法结合高温回流和分步淀积可消除亚微米接触孔的空洞。本文从理论上
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移。通过热处理回流技术可用单纯的PVD方法对亚微米通孔进行成功填充，有
利于减少工艺步骤，降低生产成本。由于生产时间和使用寿命对产品至关重要，
因此有必要在提高覆盖率的样本中选择不影响产率和可靠性的最佳的工艺条件。
在溅射工艺中引入测量薄膜方块电阻作为温度监控的手段。
关键词:物理气相淀积
铝金属化 接触孔的填充 台阶覆盖 回流
热负载 晶粒生长
Anewgenerationofinterconnectschemesisrequiredforhig
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摘要：铝材原理-工艺-技术篇：对韦氏硬度计的判定铝型材力学性能、判定铝型材合金成分、读数方便，可方便地换算成其它硬度值等用途和优点作了介绍。
如何用韦氏硬度计检测铝型材硬度？ 用于铝型材检测的韦氏硬度计是一种小型便携式仪器，适用于快速方便地测量铝型材硬度，可测量其它仪器不能或不便测量的外形，如挤压铝型材、管材、板材等。测量过程对工件无损伤，并且不必取样。特别适用于在生产现场、销售现场或施工现场对铝型材产品进行快速非破坏性的硬度检查。 用 途 1. 确定铝型材有无热处理，检查热处理效果，判定铝型材力学性能是否合格。 2. 确定铝型材是否为不适当的合金加工而成，判定铝型材合金成分是否合格。 3. 测量不便送到实验室的过长、过重工件或装配件。 4. 用于铝型材生产检验、验收检验和质量监督检验。主要特点：体积小，重量轻，可单手操作，便于携带。 5.读数方便，可方便地换算成其它硬度值。测量范围主要用于测量铝型材和铝合金材料，也可测量铜合金材料。其测量范围相当于：铝型材 ：24～110HRE 铜合金 ：60～90 HRF 6.能测量多种铝型材外形。 7.操作简单，操作技能对读数无影响。
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