反應(yīng)磁控濺射法制備Ti(C,N)鍍層的組織結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本文采用反應(yīng)磁控濺射技術(shù)并選擇石墨靶材作為鍍層生長中所需的碳源,制備了一系列碳含量不同的Ti(C, N)鍍層。使用X射線衍射、掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜對所制備鍍層的相組成、晶體結(jié)構(gòu)、成分及微觀組織進行了檢測與分析；使用維氏顯微硬度計、洛氏壓痕和銷盤試驗機對所制備鍍層的硬度、結(jié)合強度以及摩擦磨損性能進行了測試。研究結(jié)果表明：所制備的TiN鍍層和Ti(C, N)鍍層具有致密的柱狀顯微組織而TiC鍍層具有納米晶和少量非

2、晶的混合組織,同時,Ti(C, N)鍍層和TiC鍍層還具有典型的層周期僅為幾納米的多層結(jié)構(gòu)。石墨靶材電流的變化對Ti(C,N)鍍層的相組成及結(jié)構(gòu)有很大影響,隨石墨靶材電流的增加,鍍層內(nèi)晶體相逐漸由富TiN相轉(zhuǎn)變?yōu)楦籘iC0.7N0.3相,在高的石墨靶材電流下,還出現(xiàn)了TiC相,并且Ti(C, N)鍍層內(nèi)還存在少量價鍵結(jié)構(gòu)為sp2 C-C的碳單質(zhì)。Ti(C, N)鍍層微觀組織隨石墨靶材電流增加逐漸由細小的柱狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米顆粒鑲嵌在非晶基

3、體的納米復合組織,增加石墨靶材電流不僅明顯細化了鍍層內(nèi)晶粒尺寸而且也減少了納米復合鍍層內(nèi)納米顆粒數(shù)量。多層Ti(C,N)鍍層在多層周期厚度較小時鍍層仍為柱狀生長,而隨著石墨靶材電流的增加多層周期厚度逐漸增大并且鍍層內(nèi)柱狀組織逐漸消失。Ti(C, N)鍍層具有高硬度(44 GPa)、和基體良好的結(jié)合以及低的摩擦系數(shù)(0.25),這些性能與鍍層內(nèi)細小的晶粒尺寸以及鍍層內(nèi)存在少量的sp2 C-C的碳單質(zhì)有關(guān)。少量石墨相的出現(xiàn)并沒有降低Ti(C

4、, N)鍍層的硬度,這是因為鍍層的納米多層結(jié)構(gòu)不僅明顯增加了鍍層的硬度而且當承受加載時能有效釋放應(yīng)力集中從而增加鍍層的結(jié)合強度。Ti(C, N)鍍層的這些優(yōu)異的綜合力學性能及獨特的組織結(jié)構(gòu)使鍍層還具有優(yōu)異的抗磨損性能,與TiN鍍層和TiC鍍層相比,體積比磨損率降低了一個數(shù)量級。相比于Ti(C, N)鍍層,Ti(C, N)/GLC復合鍍層表現(xiàn)出了更優(yōu)異的抗磨損性能,這不僅因為底層Ti(C, N)鍍層的高硬度及良好的結(jié)合性能,還與表層GLC