偏壓對(duì)直流磁控濺射制備鋁鎂鈦硼涂層結(jié)構(gòu)及性能影響的研究.pdf

1、據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上約30％-40％的能源消耗于各種形式的摩擦磨損，對(duì)摩擦體系來(lái)說(shuō)，耐磨性是我們首先要考慮的問(wèn)題，摩擦體系中材料的性能對(duì)摩擦磨損起著決定性作用，目前，各國(guó)都在加大投入，研究高硬度，高耐磨性，低摩擦系數(shù)，能夠適用于旋轉(zhuǎn)和往復(fù)式摩擦條件的材料。AlMgB14材料的研究已經(jīng)有接近五十年的歷史，AlMgB14材料是由四個(gè)B12組成的二十面體和存在于二十面體之間的Al、Mg原子和八個(gè)B原子特殊結(jié)構(gòu)構(gòu)成。TiB2彌散分布于AlM

2、gB14基體中，可極大提高材料的機(jī)械性能，人們發(fā)現(xiàn)Al-Mg-Ti-B等富硼材料的涂層同樣具有高硬度，低摩擦系數(shù)，低密度和高的熱穩(wěn)定性，在摩擦體系中具有較高的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。偏壓對(duì)直流磁控濺射制備的Al-Mg-Ti-B涂層的成分、結(jié)構(gòu)、性能等的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究，同時(shí)涂層成分、硬度、化學(xué)態(tài)等對(duì)油潤(rùn)滑條件下的摩擦磨損性能的影響也缺少深入的研究 。
　　本文首先通過(guò)機(jī)械混合，熱壓燒結(jié)的方法制備出了直流磁控濺射所需要的Al-Mg-

3、Ti-B靶材。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDX)、X射線衍射(XRD)手段進(jìn)行表征，表明制備的Al-Mg-Ti-B靶材結(jié)構(gòu)致密均勻，結(jié)晶性好，雜質(zhì)含量少，在實(shí)際的鍍膜過(guò)程中可滿(mǎn)足作為直流磁控濺射靶材的要求。
　　利用直流磁控濺射濺射制備Al-Mg-Ti-B涂層，以單晶Si為襯底，改變不同的偏壓，制備不同的Al-Mg-Ti-B涂層，對(duì)涂層結(jié)構(gòu)、成分、粗糙度、硬度等性能進(jìn)行表征。俄歇電子能譜(AES)圖譜表明，制備的Al-

4、Mg-Ti-B涂層成分均勻，從涂層表面到涂層內(nèi)部，成分并沒(méi)有明顯變化;X射線衍射(XRD)結(jié)果顯示，偏壓并不能影響Al-Mg-Ti-B涂層結(jié)晶性，不同偏壓條件下磁控濺射制備的涂層均為非晶結(jié)構(gòu);利用X射線光電子能譜(XPS)對(duì)涂層的成分和化學(xué)態(tài)進(jìn)行分析，增加偏壓有利于減少涂層中C，O雜質(zhì)含量，涂層中B-B鍵含量增多，從而提高了涂層的硬度，同時(shí)偏壓促進(jìn)金屬Ti氧化;掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示，偏壓提高了Al-Mg-Ti-B涂層的致密度

5、，柱狀結(jié)構(gòu)逐漸消失;對(duì)涂層的表面粗糙度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，涂層的表面粗糙度隨偏壓的升高先增大后減小;偏壓的增加會(huì)增強(qiáng)涂層的斷裂韌性和機(jī)械性能，但隨偏壓的升高，涂層的殘余應(yīng)力會(huì)增大，與襯底的結(jié)合能力減弱，容易剝落。
　　本文還系統(tǒng)研究了油潤(rùn)滑涂層的磨損機(jī)理和偏壓對(duì)直流磁控濺射制備Al-Mg-Ti-B涂層摩擦學(xué)行為的影響，以軸承鋼為襯底，改變不同的偏壓，直流磁控濺射制備不同的Al-Mg-Ti-B涂層。分別采用油潤(rùn)滑(PAO+MoDTC)球盤(pán)

6、式旋轉(zhuǎn)磨擦測(cè)試，在室溫油潤(rùn)滑條件下，Al-Mg-Ti-B涂層的摩擦系數(shù)可達(dá)0.04的超低摩擦系數(shù)，通過(guò)計(jì)算表明，潤(rùn)滑狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑。對(duì)磨痕進(jìn)行XPS成分和化學(xué)態(tài)分析，表明摩擦測(cè)試過(guò)程中，在涂層與對(duì)磨球接觸的對(duì)磨面上形成了MoS2的摩擦膜，MoS2薄膜類(lèi)似于石墨的特殊層狀結(jié)構(gòu)，極大地降低了涂層的摩擦系數(shù)，隨著偏壓的增加，摩擦系數(shù)有所升高，并對(duì)對(duì)磨球的磨損加重。對(duì)磨痕進(jìn)行形貌分析和成分分析表明，摩擦過(guò)程中對(duì)涂層的磨損率極低，沒(méi)有形成明顯的磨