1、*大學(xué)碩士大學(xué)碩士/本科論文開題報告本科論文開題報告2 研究方法、技術(shù)路線及可行性分析研究方法、技術(shù)路線及可行性分析 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵理論研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵理論 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目錄目錄 課題來源及背景課題來源及背景 現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ) 計劃進度及預(yù)期研究結(jié)果計劃進度及預(yù)期研究結(jié)果1.1 課題來源課題來源簡單的二元氮化物、碳化物常見的主要有 TiN、CrN 、ZrN 、TiC、VC、TaC 多元復(fù)合過渡金屬化合物主要是：TiCN、TiAlN 、CrTiAlN等納米多層（復(fù)合）超硬膜硬度高于100GPaDLC，優(yōu)異的力學(xué)性能、表面狀況和

2、抗磨損性能，摩擦系數(shù)很低，低于0.21.2 背景背景1.現(xiàn)代制造業(yè)對金屬切削刀具和許多在摩擦環(huán)境中使用的部件的技術(shù)要求越來越高。2.硬質(zhì)薄膜材料從簡單的二元氮化物、碳化物逐漸發(fā)展到納米多層(復(fù)合)超硬膜。3.過渡族金屬氮化物膜層因其硬度高、高溫抗氧化、耐腐蝕和摩擦系數(shù)低等優(yōu)點已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中有 泛應(yīng)用,比如大幅度提高了高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的使用壽命和切削速率。4.近年來，國內(nèi)外工作者將CrN優(yōu)良的摩擦學(xué)性能同廣泛使用的TiN進行了比較，發(fā)現(xiàn)CrN涂層不但有很強的抗磨、減磨性能，而且還有優(yōu)良的耐腐蝕能力，高溫穩(wěn)定性，并且可以形成厚膜。2.1 研究成果研究成果早期研究早期研究廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用目前的

3、研究目前的研究國內(nèi)外對比國內(nèi)外對比2000年以來，國內(nèi)外工作者的研究表明，CrN涂層的鉆頭用于合金鋼板時比普通鉆頭提高7倍的壽命；所做的磨損實驗表明CrN具有結(jié)合力強，化學(xué)穩(wěn)定性高，熱擾動性能好和700以下良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點。在工業(yè)應(yīng)用中，CrN涂層廣泛應(yīng)用于加工銅基和鈦基合金的銑刀和車刀上,并廣泛應(yīng)用于鋁制合金的鑄件上。 90年代初，國外在CrN涂層耐磨性能的研究上逐漸取得了一些研究成果，研究表明，CrN涂層顯微硬度值約為2200HV；有極好的附著力，劃痕實驗臨界載荷可達(dá)85N;薄膜有緊湊的柱狀晶結(jié)構(gòu)和更致密的顯微組織。美國Phygen Inc公司04年已經(jīng)宣稱擁有高附著力的更硬、更韌的納

4、米晶CrN鍍膜，納米壓痕硬度高達(dá)4050GPa，鍍膜抗高溫氧化溫度高達(dá)840以上，摩擦系數(shù)小于0.1s。到目前為止，我國對CrN的研究還不是很深入，在這方面應(yīng)引起我國科學(xué)工作者的重視。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.2 主要方法主要方法擬采用方法單層結(jié)構(gòu)采用磁控濺射的方法先在硬質(zhì)合金表面沉積一層純Cr中間層，然后通過改變向腔體中通入的Ar2和N2的氣體流量比來改變沉積的薄膜中Cr和N的原子比，直到沉積成膜厚為幾微米的厚膜。然后研究其膜層的化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)及摩擦磨損、電化學(xué)腐蝕性能。常用的多弧離子鍍(簡稱MAIP)技術(shù)具有高離化率、高沉積速率和低成本等優(yōu)勢, 但在沉積過程中, 涂層表面存在

5、陰極材料所射出的大顆粒(液滴相), 導(dǎo)致涂層缺陷增多、均勻性和強度降低、表面粗糙度增加的缺點。磁過濾陰極弧源技術(shù)(簡稱FCVA)用等離子體電磁場過濾，可有效減少或消除大顆粒，得到更為光滑、堅硬和致密均勻的涂層。3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.1 研究目標(biāo)研究目標(biāo)通過查閱文獻和大量的探索實驗確定制備CrN梯度模的各項參數(shù)以及Ar2和N2的流量比。123能夠根據(jù)設(shè)定好的參數(shù)和不同的氣體流量比制備出膜基結(jié)合力和性能相對較好的CrN梯度模。能夠應(yīng)用所具有的實驗條件研究CrN梯度模在不同水溶液(海水、模擬體液)中的摩擦學(xué)性能和電化學(xué)腐蝕性能。3 研究目標(biāo)、

6、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.1 研究目標(biāo)研究目標(biāo)Cr基體N2逐逐漸漸增增加加隨著N2和Ar流量比的增加，沉積的膜層中N和Cr的原子比逐漸增加，形成CrN梯度模。3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.2 研究內(nèi)容研究內(nèi)容CrN梯度模的制備梯度模的制備CrN梯度模的摩擦磨損性能梯度模的摩擦磨損性能CrN梯度模的電化學(xué)腐蝕性能梯度模的電化學(xué)腐蝕性能3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.2 研究內(nèi)容研究內(nèi)容1、CrN梯度模的制備梯度模的制備運用磁控濺射的方法制備出要研究的CrN梯度

7、模3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.2 研究內(nèi)容研究內(nèi)容研究CrN梯度模在不同水環(huán)境下(海水、模擬體液)的摩擦學(xué)性能，并將其與CrN雙層膜的摩擦學(xué)特性進行比較。2、CrN梯度模的摩擦磨損性能梯度模的摩擦磨損性能3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.2 研究內(nèi)容研究內(nèi)容3、 CrN梯度模的電化學(xué)腐蝕性能梯度模的電化學(xué)腐蝕性能通過電化學(xué)腐蝕試驗研究CrN梯度模的耐腐蝕特性,并且對其進行評價與分析。3 研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題研究目標(biāo)、內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題3.3 擬解決的關(guān)鍵問題擬解決的關(guān)鍵問題

8、制備薄膜時的各項參數(shù)關(guān)鍵關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)增大膜基結(jié)合力降低薄膜的摩擦系數(shù)增強薄膜的抗腐蝕性4 研究方法、技術(shù)路線及可行性分析研究方法、技術(shù)路線及可行性分析4.1 研究方法研究方法制定實驗方案制定實驗方案試驗研究試驗研究對實驗結(jié)果進行對實驗結(jié)果進行分析分析查閱前人相關(guān)研究方案，進行實驗設(shè)計。按照實驗方案進行試驗研究研究方法研究方法通過對實驗數(shù)據(jù)的分析證明此研究方向的可行性和重大意義。4 研究方法、技術(shù)路線及可行性分析研究方法、技術(shù)路線及可行性分析4.2 技術(shù)路線技術(shù)路線準(zhǔn)備實驗材料準(zhǔn)備實驗材料CrN梯度模梯度模制備制備摩擦磨摩擦磨損試驗損試驗電化學(xué)腐蝕試驗電化學(xué)腐蝕試驗整理實驗數(shù)據(jù)整理實驗數(shù)據(jù)實驗結(jié)

9、果處理分析實驗結(jié)果處理分析4 研究方法、技術(shù)路線及可行性分析研究方法、技術(shù)路線及可行性分析4.3 可行性分析可行性分析研究的重點是用磁控濺射的方法制備出性能較好的CrN梯度模，并在此基礎(chǔ)上對其性能進行研究。國內(nèi)外已有不少學(xué)者對CrN雙層膜和金屬復(fù)合CrN涂層進行了研究，這就為我們進一步研究提供了參考。N2逐漸增加使得膜層中元素含量逐漸變化，膜基結(jié)合力更好，初步設(shè)想所制備薄膜的性能也較好。125 現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)5.1 前期工作安排前期工作安排國內(nèi)外有關(guān)課題的文獻的學(xué)習(xí)，掌握有關(guān)CrN涂層的國內(nèi)外前沿技術(shù)及存在問題。三維建模軟件CATIA、前處理軟件GAMBIT的學(xué)習(xí)

10、，CFD仿真軟件FLUENT的學(xué)習(xí)。根據(jù)國內(nèi)外已有的研究成果確定薄膜制備的各項參數(shù)和檢測薄膜性能的試驗參數(shù)。熟悉制備薄膜的設(shè)備，摩擦試驗機和電化學(xué)腐蝕工作站，掌握其原理并且能夠熟練使用。預(yù)計實驗過程中可能遇到的困難和問題，制定幾個典型問題的解決方案5 現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)5.2 實驗設(shè)備實驗設(shè)備5 現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)現(xiàn)有研究條件和工作基礎(chǔ)5.2 實驗設(shè)備實驗設(shè)備6 計劃進度及預(yù)期研究成果計劃進度及預(yù)期研究成果6.1 預(yù)期研究成果預(yù)期研究成果預(yù)預(yù)期期研研究究成成果果能夠成功制備膜基結(jié)合力較好的CrN梯度模，以便于后來的性能研究。所制備的梯度模具有較好的穩(wěn)定性，能夠進行摩擦試驗和電化學(xué)腐蝕試驗。 實驗結(jié)果能夠較好的與論論研究成果此昂吻合。6 計劃進度及預(yù)