沉積偏壓對電弧離子鍍CrAlSiON涂層組織結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、納米復合涂層因具有超高硬度和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性備受關(guān)注，但由于在制備過程中不可避免的會含有氧雜質(zhì)，導致涂層性能不穩(wěn)定，限制了其廣泛應(yīng)用。而且目前關(guān)于氧含量對涂層性能和結(jié)構(gòu)影響的研究并不是很多。另一方面，沉積粒子的能量對涂層的結(jié)構(gòu)和性能也有很大影響，因此在實際制備過程中，通常通過調(diào)節(jié)沉積偏壓來控制沉積粒子的能量。
　　本文采用多弧離子鍍在硬質(zhì)合金上制備CrAlSiON涂層，通過改變反應(yīng)氣體中O2和N2的流量比來控制涂層中氧含量。通過S

2、EM、XRD、納米壓痕和劃痕測試等方法系統(tǒng)研究不同氧含量對涂層的顯微結(jié)構(gòu)、力學性能、摩擦磨損性能;利用真空退火測試研究涂層的高溫熱穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，通過改變沉積偏壓，研究沉積粒子的能量對涂層組織結(jié)構(gòu)和性能影響的規(guī)律，以及涂層在高溫環(huán)境過程中結(jié)構(gòu)性能的演化機理。
　　1.改變O2/O2+N2比例從0至18％制備CrAlSiON涂層，獲得含氧量0至62.19at.％，成功實現(xiàn)了涂層氧含量的可控。涂層中主要為CrN和Al2O3晶體，較

3、低含氧時涂層的表面顆粒、孔洞等缺陷較少，表面粗糙度較小;隨著氧含量增加，涂層的硬度逐漸降低，氧含量為48.4at.％時硬度僅為21.43GPa，之后氧含量繼續(xù)增大，硬度值保持在這一水平，涂層的彈性模量與H3/E*2的變化趨勢與此類似;較高含氧時，涂層的結(jié)合強度比較低含氧時差，含氧為62.19at.％時臨界載荷為45.48N，而20.22at.％時為68.17N;高溫摩擦磨損實驗中，涂層的主要磨損形式為磨粒磨損和粘著磨損，涂層均被磨穿;隨

4、著退火溫度升高，涂層中因為相分解產(chǎn)生了六方結(jié)構(gòu)的Cr2N相，這導致涂層的硬度、彈性模量、H3/E*2和結(jié)合強度等性能逐漸變差。
　　2.通入O2/O2+N2比例為2％，改變偏壓從-60V至-200V制備CrAlSiON涂層。涂層中氧含量為22at.％至25at.％，且較高偏壓時制備的涂層比較低偏壓時氧含量稍多，另外較高偏壓制備的涂層表面質(zhì)量較好，粗糙度較小;隨著偏壓升高，涂層的硬度呈先增大再減小然后保持平穩(wěn)的變化趨勢，-80V時獲

5、得最大硬度為33.69GPa，涂層彈性模量和H3/E*2的變化趨勢與此類似;涂層的結(jié)合強度隨著偏壓升高而緩慢增大，臨界載荷由63.58N增大至74.36N;在不同轉(zhuǎn)速時的常溫摩擦磨損試驗中，磨損率變化均為較低偏壓制備的涂層比較高偏壓制備的涂層小，-80V時制備的涂層獲得最小磨損率;高溫摩擦磨損實驗中，三個溫度下都是較高偏壓制備的涂層磨損更為嚴重，而在-80V和-100V時磨損率最小;隨著退火溫度升高，涂層中因為相分解產(chǎn)生了六方結(jié)構(gòu)的Cr

6、2N相，這導致涂層的硬度、彈性模量、H3/E*2和結(jié)合強度等性能逐漸降低。
　　3.通入O2/O2+N2比例為12％，改變偏壓從-60V至-200V制備CrAlSiON涂層。涂層中的氧含量為55at.％至60at.％，隨著偏壓升高，氧含量先增多后減少;涂層中主要為CrN相和Al2O3相，且在較高偏壓時峰強度有所降低，晶粒尺寸呈增大趨勢;隨著偏壓升高，涂層的硬度、彈性模量、H3/E*2和結(jié)合強度呈逐漸增大趨勢;常溫摩擦磨損試驗中，較