Cr12MoV表面摩擦學(xué)涂層的性能表征.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，相應(yīng)的汽車配套零部件的需求也在日益增加，其中，汽車?yán)錄_件的質(zhì)量和成本在很大程度上取決于模具的質(zhì)量和壽命。Cr12MoV冷作模具鋼雖然具有良好的耐磨性，但仍易因磨損而發(fā)生失效。因此有必要利用表面處理技術(shù)來提高模具摩擦磨損性能，以降低產(chǎn)品成本和提高冷沖件質(zhì)量。近年來，物理氣相沉積(PVD)技術(shù)以工藝溫度低、可鍍覆材料種類多等優(yōu)點(diǎn)吸引了研究者的廣泛關(guān)注。如耐磨硬涂層(TiN，DLC)和自潤滑涂層(Graphit-iC，

2、MoS2)，由于獨(dú)特的高硬度或自潤滑特性，有望應(yīng)用于冷作模具。然而，由于模具工作條件的復(fù)雜性，以及涂層和基體結(jié)合強(qiáng)度的強(qiáng)烈影響，有關(guān)這方面的報(bào)道還較少(尤其自潤滑涂層)。鑒于此，本文針對(duì)冷沖“控制臂翻邊凸?！?，采用濺射靶材表面等離子體密度高、涂層均勻且結(jié)合力強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)，在冷作模具鋼Cr12MoV表面沉積Ti/TiN、Cr/DLC、Graphit-iC、Ti/MoS2涂層，測定和研究涂層的表面性能和摩擦磨損性能。 本文

3、主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)冷沖“控制臂翻邊凸?！痹趯?shí)際工礦條件下進(jìn)行仿真計(jì)算獲得模具應(yīng)力分布云圖；2)在冷作模具鋼Cr12MoV表面沉積Ti/TiN、Cr/DLC、Graphit-iC、Ti/MoS2涂層；3)采用OM、SEM、XRD、Raman光譜、顯微硬度和劃痕試驗(yàn)觀察、分析和測定所沉積的涂層表面和橫截面形貌、相結(jié)構(gòu)、顯微硬度和承載能力以及涂層與基體的的結(jié)合狀況；(4)采用在油潤滑條件下沖擊式滑動(dòng)磨損試驗(yàn)研究所沉

4、積的涂層磨損行為與耐磨性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1)非平衡磁控濺射所制備的Ti/TiN、Cr/DLC、Graphit-iC和Ti/MoS2涂層表面均勻、光滑、致密。其中Ti/TiN涂層呈典型的柱狀形貌，包含TiN和Ti2N相，且TiN在(111)晶面呈較強(qiáng)的擇優(yōu)取向；而Cr/DLC和Graphit-iC涂層以sp2與sp3混合結(jié)構(gòu)為主；Ti/MoS2涂層為非晶態(tài)或存在有極其微小的晶體。涂層厚度分別約為3μm、1.7μm、2μm和1.

5、2μm。 (2)Ti/TiN、Cr/DLC和Graphite-iC涂層顯著地提高了Cr12MoV鋼的表面硬度和表面承載能力，而不降低材料整體硬度，涂層與Cr12MoV鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度較高，劃痕臨界載荷高于60N，尤其是雙重處理(低溫離子氮化和PVD)涂層。10N載荷作用時(shí)，雙重處理Ti/TiN涂層壓痕表面出現(xiàn)少量巢狀裂紋，Cr/DLC涂層未出現(xiàn)裂紋，Graphite-iC涂層有稍微巢狀裂紋。雙重處理Ti/TiN和Graphite

6、-iC劃痕表面未出現(xiàn)任何涂層失效形貌，摩擦系數(shù)分別為0.15和0.08。Cr/DLC涂層在高載荷區(qū)(～60N)劃痕表面出現(xiàn)極其輕微的半圓形拉伸裂紋，摩擦系數(shù)為0.1。這些主要?dú)w因于高的基體硬度、過渡層緩和了界面處應(yīng)力的不連續(xù)性以及韌性好的涂層。 (3)硬、韌和低摩擦系數(shù)的硬涂層(Ti/TiN、Cr/DLC)大幅度提高了Cr12MoV鋼的耐磨性。經(jīng)6h磨損后，單一處理Ti/TiN和Cr/DLC后試樣的磨損率是未經(jīng)表面處理的21％和

7、24％，雙重處理Ti/TiN和Cr/DLC后試樣的磨損率是未表面處理的15％和4％。從光滑的磨損表面形貌和EDX分析推論：Ti/TiN和Cr/DLC磨損機(jī)制主要為試樣表面的逐漸拋光磨損。 (4)自潤滑涂層(Graphite-iC、Ti/MoS2)由于獨(dú)特的自潤滑作用同樣能改善Cr12MoV鋼的耐磨性。經(jīng)6h磨損后，單一處理Graphite-iC和Ti/MoS2后試樣磨損率分別是未經(jīng)表面處理試樣的9％和39％；雙重處理Graphi