TiC及Ag、Si 結(jié)構(gòu)改性的 TiAlN 涂層摩擦性能研究.pdf

1、當(dāng)前，對于涂層摩擦學(xué)性能的實驗室研究大都在恒溫條件下進(jìn)行，但在實際的工況中，涂層的溫度是逐漸變化的。因此，對于應(yīng)用和研究較廣泛的 TiAlN和TiAlSiN涂層，本文選用Al2O3為對磨材料，在對其室溫(RT)、300℃、600℃恒溫摩擦學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上，研究其在RT-600℃和600℃-300℃變溫環(huán)境的摩擦學(xué)性能。并且制備了 TiC/TiAlN-Ag、TiC/TiAlN-Ag/TiAlSiN多層復(fù)合膜，研究多層復(fù)合涂層在恒溫及變溫

2、環(huán)境的摩擦學(xué)性能。
　?。?）采用電弧離子鍍技術(shù)在Ar/CH4氣氛中AISI304不銹鋼表面制備Ti-C涂層，研究了CH4流量對涂層結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨著CH4流量的升高，涂層沉積速率下降。當(dāng)CH4流量為2sccm和10sccm時，C原子主要作為間隙原子固溶在密排六方Ti晶格內(nèi)；當(dāng)CH4流量為20sccm時，涂層的主要結(jié)構(gòu)為TiC相。CH4流量為2sccm時，涂層硬度值為700Hv0.05，摩擦系數(shù)值波動較大，磨損機理主

3、要為粘著磨損。CH4流量為20sccm時，涂層硬度值最高，為2010Hv0.05，摩擦系數(shù)值最低，而且較平穩(wěn)，約為0.57，磨損機理主要為磨粒磨損。
　?。?）采用電弧離子鍍技術(shù)制備TiAlN和TiAlSiN涂層，采用磁控濺射技術(shù)制備TiAlN-Ag涂層。在300℃和RT-600℃環(huán)境中，空氣濕度相對較低，吸附在涂層與摩擦副之間的水膜被破壞，導(dǎo)致涂層磨損劇烈，磨損機理以粘著磨損和疲勞斷裂為主。其中，TiAlN涂層摩擦系數(shù)值較高(大

4、于1)，波動較大，磨損率分別為0.21×10-3mm3/(Nm)和0.17×10-3mm3/(Nm)，TiAlSiN和 TiAlN-Ag涂層也均已磨穿或接近磨穿。600℃和600℃-300℃的環(huán)境中，涂層的表面大都生成了氧化物，起到了較好的潤滑效果。TiAlN-Ag涂層在室溫條件下摩擦系數(shù)值較高，較TiAlN涂層耐磨性下降，磨損機理主要為粘著磨損。
　?。?）采用電弧離子鍍和磁控濺射交替沉積技術(shù)，分別制備 TiC/TiAlN-Ag

5、和TiC/TiAlN-Ag/TiAlSiN多層復(fù)合膜。TiC/TiAlN-Ag多層膜的調(diào)制周期約為0.46μm， TiC、TiAlN-Ag厚度比為3:2；TiC/TiAlN-Ag/TiAlSiN多層膜的調(diào)制周期約為0.45μm， TiC、TiAlN-Ag、TiAlSiN厚度比約為3:2:2。涂層的表面質(zhì)量較TiC涂層有較大改善。兩者的主要結(jié)構(gòu)為TiC相和TiAlN相，硬度值分別為1141.5Hv0.05和2194.7 Hv0.05。Ti

6、C/TiAlN-Ag復(fù)合膜在600℃條件下，發(fā)生了較嚴(yán)重的氧化，導(dǎo)致機械性能降低，涂層發(fā)生了嚴(yán)重的塑形位移，磨損率較大，為0.158×10-3mm3/(Nm)，在300℃和RT-600℃條件下，涂層被磨穿。TiC/TiAlN-Ag/TiAlSiN多層復(fù)合膜在600℃條件下的抗氧化性增強，在Al2O3球磨痕表面形成了Ag轉(zhuǎn)移膜，摩擦系數(shù)約為1.1，磨損率約為0.06×10-3mm3/(Nm)。在300℃和RT-600℃的條件下，摩擦學(xué)性能