基体偏压对电弧离子镀AlCrSiON涂层结构和热稳定性的影响

为研究基体偏压对AlCrSiON纳米复合涂层结构、力学性能和热稳定性的影响规律及机制,采用电弧离子镀技术在硬质合金基体上沉积AlCrSiON涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪(划痕仪)研究涂层组织结构和力学性能;通过真空退火试验研究涂层的高温稳定性。结果表明:AlCrSiON涂层为致密柱状晶结构,并主要由c-(Al,Cr)N和c-(Al,Cr)(O,N)两相组成,呈现出纳米复合结构。随着偏压的升高,涂层表面的颗粒数目和尺寸减少,组织结构更加致密;硬度和弹性模量均呈现出先增加后减小的趋势,当偏压为–80 V时分别达到最大值30.1 GPa和367.9 GPa。涂层具有良好的高温稳定性,不同偏压下沉积的AlCrSiON涂层经800~950℃热处理后均能够保持良好的结构稳定性及力学性能,但经1 100℃热处理后涂层发生相分解并引发组织结构变化,导致涂层硬度减小。     

TiSiN/AlCrN纳米多层涂层高温热稳定性及摩擦学特性研究

采用电弧离子镀技术于硬质合金基体上沉积TiSiN/AlCrN纳米多层涂层,利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、能谱仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)、纳米硬度计、划痕仪以及摩擦磨损试验机对TiSiN/AlCrN涂层的结构、高温热稳定性能和高温摩擦磨损性能进行研究。结果表明,TiSiN/AlCrN涂层呈现出纳米多层结构,由c-Cr(Al)N与c-Ti(Si)N相构成,涂层硬度为49.7 GPa±0.83 GPa,结合力达到83 N。经800℃和950℃真空退火后涂层微观结构变得更加致密,缺陷密度下降,而涂层硬度和结合力没有明显变化,TiSiN/AlCrN纳米多层涂层经950℃真空退火处理后未发生相变。摩擦磨损测试结果表明,随着温度由室温增加至400℃,涂层摩擦因数急剧升高,继续增加温度至600~800℃,涂层摩擦因数降低,然而涂层磨损率随着测试温度的升高先降低后增加。在室温摩擦磨损测试中TiSiN/AlCrN涂层磨损机制主要以磨粒磨损、塑性磨损为主,400℃时涂层处于二体摩擦转三体摩擦的过渡阶段,主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损,600~800℃下涂层磨损机制主要为粘着磨损以及氧化磨损。     

氧含量对高功率脉冲磁控溅射AlCrSiON涂层高温摩擦学性能的影响

由于真空度的要求,制备氮化物涂层时将不可避免的会有氧的存在,因此了解氧元素对涂层性能的影响至关重要。采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术在Ar/N2/O2混合气氛下制备AlCrSiON涂层,研究氧含量(0%~30.4%,原子数分数)对涂层结构、力学性能和摩擦学性能的影响及作用机制。结果表明,AlCrSiN涂层由fcc-Cr N、β-Cr2N和hcp-Al N组成,AlCrSiON则由(Cr,Al)N、立方Cr2N和(Cr,Al)(O,N)组成。AlCrSiN涂层硬度为(14.3±1.8)GPa,随着氧含量增加至24.3%,涂层硬度增加至(20.1±3.0)GPa;继续增加氧含量则将导致涂层硬度下降。当环境温度由室温增加至400℃,涂层摩擦因数由0.6~0.7增加至0.9;温度升至800℃,涂层摩擦因数降至0.4。氧含量对涂层高温摩擦因数的影响较小,对涂层的磨损率却有着重要影响。当氧含量为30.4%时,AlCrSiON涂层具有最优耐磨损性能。