四組元氮化物硬質(zhì)反應(yīng)膜的制備與性能研究.pdf

1、采用多弧離子鍍膜技術(shù)，分別使用Ti-25Nb(at％)合金靶及Zr單質(zhì)靶組合和Ti-25Nb(at％)合金靶及Cr單質(zhì)靶組合，在高速鋼基體上通過控制N2和Ar兩種氣體分壓制備了(Ti，Zr,Nb)N與(Cr,Ti,Nb)N復(fù)合膜，以確定其它元素作為合金基元素所獲得的多組元氮化物硬質(zhì)反應(yīng)膜是否能達(dá)到甚至超過以TiN為基的多組元氮化物硬質(zhì)反應(yīng)膜的硬度;通過分階段增加N2氣分壓從0Pa到3.0×10-1Pa，實現(xiàn)N含量在膜層生長方向的梯度分布

2、，從而獲得(Ti,Zr,Nb)N與(Cr,Ti，Nb)N梯度硬質(zhì)膜。
　　對所獲得的(Ti，Zr,Nb)N與(Cr,Ti,Nb)N兩個系列硬質(zhì)膜的組織、成分、相結(jié)構(gòu)、硬度、附著力、耐磨性、抗熱震性等進(jìn)行了系統(tǒng)考察。兩個系列的膜層表面形貌幾乎一致，均有明顯的液滴存在，但液滴數(shù)量很少，尺寸小于5μm。膜層厚度均在0.7μm～1.1μm之間，膜層斷口組織為致密的柱狀晶，偏壓的增大導(dǎo)致沉積速率略有下降。XRD分析表明，(Cr,Ti,Nb)

3、N與(Ti，Zr,Nb)N復(fù)合膜，均具有B1-NaCl型的TiN面心立方結(jié)構(gòu)，而擇優(yōu)生長取向除(Ti，Zr,Nb)N外均為(111)面，(Ti,Zr,Nb)N單層膜的擇優(yōu)取向為(220)面，此外，(Ti，Zr,Nb)N與(Cr,Ti,Nb)N兩個系列復(fù)合膜的N含量均大于50％，N含量對膜層的擇優(yōu)生長有一定的影響，而偏壓對衍射峰的峰值有一定的影響。
　　兩個系列復(fù)合膜顯微硬度和膜/基附著力測試結(jié)果表明，(Cr,Ti，Nb)N與(Ti

4、,Zr,Nb,)N兩個系列的梯度膜綜合性能均高于(Cr，Ti,Nb)N與(Ti,Zr,Nb)N兩個系列的單層膜的綜合性能，硬度可達(dá)3300HV，膜/基附著力大于200N;而(Ti,Zr,Nb)N與(Cr,Ti，Nb)N兩個系列的單層膜硬度可達(dá)3000HV，膜/基附著力大于140N。
　　摩擦磨損性能測試結(jié)果表明，在相同的摩擦參數(shù)和沉積工藝下，(Ti，Zr，Nb)N復(fù)合膜的摩擦系數(shù)均小于(Cr,Ti,Nb)N復(fù)合膜。也就是說(Ti,

5、Zr,Nb，)N復(fù)合膜具有比(Cr,Ti,Nb)N復(fù)合膜更優(yōu)異的耐磨性能。
　　650℃熱震試驗結(jié)果表明，兩個系列復(fù)合膜層經(jīng)一定數(shù)量的熱震循環(huán)試驗后，失效方式可以分為兩種，其一，氧化后的膜層容易剝落;其二，膜層表面出現(xiàn)微小裂紋。(Cr,Ti,Nb)N梯度膜以裂紋擴(kuò)大的方式失效，而(Cr,Ti,Nb)N單層膜和(Ti，Zr,Nb)N復(fù)合膜均以剝落的方式失效，(Cr,Ti，Nb)N復(fù)合膜的抗熱震性能高于(Ti，Zr,Nb)N復(fù)合膜，兩