非平衡磁控濺射離子鍍沉積CR-Me-N涂層高溫承載能力研究.pdf

1、采用物理氣相沉積(PVD)技術在基體表面涂覆抗高溫、耐磨的硬質(zhì)涂層，可以提高材料表面性能。CrN硬質(zhì)涂層具有硬度高，耐磨、耐腐蝕性等特點，在鑄造、機械加工及成型等領域得到較廣泛的應用。但是，由于CrN薄膜抗氧化溫度較低，高溫使用性能差，限制了其在高溫領域的應用。添加其他合金元素形成多元合金硬質(zhì)涂層可有效提高薄膜的高溫使用性能，尤其對提高模具的使用壽命有重要意義。
　　 本研究在CrN薄膜中加入Al和Nb元素并對其合金化，應用閉合

2、場非平衡磁控濺射離子鍍沉積技術，在M42高速鋼和H13熱作模具鋼基體上制備具有優(yōu)異結(jié)合強度的CrAlN和CrAlNbN兩種多組元硬質(zhì)梯度薄膜。利用XRD、GDS、EDX、SEM、光學顯微鏡等檢測方法，分析研究薄膜的相組成、成分分布、表面及截面形貌。通過高溫球盤磨損實驗機、顯微硬度計、洛氏硬度計及球坑儀等儀器考察了鍍膜試樣的摩擦系數(shù)、比磨損率、膜基結(jié)合強度等力學性能，深入研究CrAlNbN和CrAlN薄膜的高溫摩擦學行為，闡述了不同階段摩

3、擦系數(shù)變化規(guī)律及薄膜的高溫磨損機理。并通過觀察鍍膜試樣在模擬真實壓鑄模具工作條件下表面裂紋形貌，分析了不同循熱環(huán)次數(shù)后鍍膜的熱疲勞性能以及Nb元素對薄膜抗熱疲勞性能的影響。得出主要結(jié)論如下：
　　 1.選取Al及Nb作為添加合金元素，利用磁控濺射制備CrAlNbN和CrAlN薄膜并進行工藝參數(shù)優(yōu)化。在Al、Nb靶電流為2A工藝下制備的薄膜成分梯度分布，膜基結(jié)合強度最好，表面光滑，致密性好，缺陷較少。薄膜呈柱狀晶生長，晶柱間間距很

4、小。CrAlN薄膜相組成主要包括CrN和AlN；加入Nb元素后，生成了NbN化合物相。
　　 2.高溫磨損時摩擦系數(shù)在摩擦開始階段較大，隨后逐漸降低。與CrAlN薄膜相比，CrAlNbN薄膜的摩擦系數(shù)相對較高，但磨損量較少，比磨損率降低。CrAlNbN薄膜中NbN化合物的彌散析出和固溶強化，不僅改善基體斷裂韌性，降低摩擦過程中鍍層的斷裂或剝落傾向，是提高其耐磨性的主要原因。CrAlN和CrAlNbN薄膜的磨損機理分別以磨粒磨損和