等離子增強磁控濺射沉積新型納米復合涂層.pdf

1、納米復合涂層在工業(yè)生產(chǎn)中的應用很多，如汽車零部件，刀具，模具，各種發(fā)動機、渦輪機葉片，光學玻璃，耐高溫，耐腐蝕和耐疲勞等領域。本文采用等離子增強磁控濺射(PEMS)技術在H13模具鋼表面濺射沉積Ti基，TiCr基，TiAl基新型納米復合涂層。主要研究了Cr、Al、C、O等不同元素的加入對涂層組織結構和性能的影響，這些性能包括硬度、與基體的粘結性、表面能、耐磨、耐高溫和耐沖蝕腐蝕性能等，主要得出以下結論：
　　 (1)等離子增強磁

2、控濺射技術沉積的涂層致密、少有柱狀結構，而且表面粗糙度低。說明在真空室里引入加熱的鎢絲可以起到等離子增強的效果，這種效果對納米涂層的致密化起著重要的作用。
　　 (2)等離子增強磁控濺射沉積的無氧涂層中，涂層組織致密、少無柱狀結構是比較常見的。氧元素的加入使各納米復合涂層表面變得粗糙，顯示出柱狀結構和少量的氣孔，這種結構對于涂層的組織結構起著不利的影響。然而，通過粘結性能測試結果發(fā)現(xiàn)，氧元素的加入可以提高涂層和基體的結合力。表面

3、能測試結果顯示：氧元素的加入使Ti基和TiAl基納米復合涂層的表面能降低，對于含有Cr的涂層，其表面能大小主要受形貌的影響。
　　 (3)通過比較各納米復合涂層的顯微硬度測試結果可以看出，H(TiCr based)>H(TiAl based)>H(Ti based)，說明多金屬復合涂層可以提高涂層的硬度。納米壓痕測試的結果說明：Ti基涂層具有較高的韌性，對于TiAl基涂層而言，氧元素有利于韌性的提高，而對于TiCr基涂層，氧元素

4、使這些涂層的韌性下降很明顯。
　　 (4)從滑動摩擦磨損試驗可以看出：涂層中含有Cr元素明顯提高了納米復合涂層的摩擦系數(shù)；然而，涂層中的碳含量越高，其摩擦系數(shù)越小。從磨損量來看，硬度越高，涂層的耐磨性能越好。沖蝕磨損試驗可以看出，各涂層的耐沖蝕磨損性能是H13鋼的3～11倍，且含有氧元素的涂層可以不同程度地提高其耐沖蝕磨損性能。
　　 (5)XRD和EDS的結果分析得出涂層中含有非晶態(tài)的鋁的氧化物、氮化物等結構，這些物質

5、可以提高涂層的耐氧化性能。另外，TiAl基納米復合涂層具有良好的耐高溫氧化性能。
　　 (6).通過研究各納米復合涂層和基體的耐腐蝕性能發(fā)現(xiàn)，含有涂層的表面耐腐蝕性能明顯增強。比較各涂層可以發(fā)現(xiàn)：含有氧的涂層耐腐蝕性能比較差，這主要和表面缺陷有關。另外，增加涂層的厚度可以顯著提高其耐腐蝕性能，試驗同時發(fā)現(xiàn)，涂層中加入Ti、Al元素后，其極化阻力明顯增大，且TiAlSiCN納米復合涂層具有最好的耐腐蝕性能。然而，涂層中的Cr元素并