TiAlSiN多层梯度涂层力学及摩擦磨损性能试验研究
发布时间：2020-12-18 09:48
利用物理气相沉积（PVD）技术,基于阴极电弧技术在Si片、高速钢试片上制备了TiAlSiN多层梯度涂层。利用洛氏硬度计、X射线衍射仪、透射电子显微镜、纳米压痕仪对涂层的表面形貌、物相结构和力学性能进行表征。通过超精密三维表面轮廓光学测量仪、HSR-2M摩擦磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。试验结果表明TiAlSiN多层梯度涂层结构致密,各层间界面清晰,主要由柱状的面心立方结构的（Ti,Al）N相组成。涂层与基体的结合力达到工业等级HF1,具有良好的膜基结合力,其硬度为27.7 GPa,弹性模量为338.0 GPa,具有较高的硬度和弹性模量。TiAlSiN多层梯度涂层的摩擦系数为0.54,磨损率为7.06×103μm3/（N·m）,主要磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。
【文章来源】：中国陶瓷. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Ti Al Si N多层梯度涂层的结构示意图
图2为试验测得的Ti Al Si N多层梯度涂层的硬度和弹性模量。求得Ti Al Si N多层梯度涂层硬度H和弹性模量E的平均值分别为27.7 GPa和338.0 GPa。另外H/E和H3/E2分别是为0.082,0.187。与一些涂层相比[13,16,17]，其H和E的值都略有提高，另外H/E和H3/E2的值也存在不同程度的增加，使得涂层抵抗变形的能力和耐磨性能要好一些。2.2 Ti Al Si N多层梯度涂层膜基结合力
图4为Ti Al Si N多层梯度涂层的XRD图谱，从图中可以看出，（110）衍射峰为硬质合金基体，(Ti,Al)N晶相的衍射峰为（200）和（111），具有(200)的择优生长取向。此时Al原子取代一部分Ti N面心立方体中的Ti原子，主要以面心立方结构的(Ti,Al)N相为主。但是没有出现Si3N4相和其他化合物的衍射峰，这说明Si3N4相为非晶态存在，或者Si含量太少[9,18]。与Ti Al N标准峰的PDF卡片相比，（200）衍射峰峰值降低且发生宽化，这是因为添加Si元素以后生成的非晶态的Si3N4阻碍了(Ti,Al)N相的生长，导致晶粒细化。对Ti Al Si N多层梯度涂层进行能谱分析，涂层中各元素含量如图5所示，从图中可看出Ti、Si、Al、N等元素含量，其中Si含量不足6 at.%。另外还含有P、Cu等杂质元素，杂质元素有可能来自实验引入，或者来源于靶材。图4 Ti Al Si N多层梯度涂层XRD图谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]多弧离子镀制备纳米多层TiAlSiN涂层的性能研究[J]. 邹伶俐. 机械工程师. 2018(08)
[2]多层梯度结构对TiAlSiN涂层摩擦磨损性能的影响[J]. 谭超,何卫锋,曹鑫,廖斌,何光宇,杨竹芳. 中国表面工程. 2018(03)
[3]多弧离子镀制备TiAlSiN涂层的工艺研究[J]. 王昆仑,辛艳青. 科技创新与应用. 2018(01)
[4]TiAlN,TiAlSiN涂层的制备及其切削性能[J]. 陈强,张而耕,张锁怀. 表面技术. 2017(01)
[5]45钢、TiN和TiAlN的摩擦磨损特性研究[J]. 李渊明,李华英,顾涛,何辉波. 西南大学学报(自然科学版). 2016(12)
[6]AFM Analysis of TiN, TiAlN, and TiAlSiN Coatings Prepared by Cathodic Arc Ion Plating[J]. 王文昌,ZHANG Ling,孔德军. Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science). 2016(05)
[7]电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为[J]. 曾琨,邹长伟,郑军,贵宾华,王启民. 中国表面工程. 2015(06)
[8]电弧离子镀与磁控溅射复合技术制备Ti/TiN/TiAlN复合涂层的组织结构与力学性能[J]. 张启沛,钟喜春,李春明,郭燕伶,余赟,焦东玲,匡同春. 真空科学与技术学报. 2015(02)
[9]TiAlN硬质涂层的研究进展[J]. 王均涛,刘平,李伟,郑康培. 热加工工艺. 2010(20)
硕士论文
[1]电弧离子镀TiAlN基涂层的制备及其性能研究[D]. 费加喜.广东工业大学 2018
[2]TiC及Ag、Si结构改性的TiAlN涂层摩擦性能研究[D]. 陈恩.南昌航空大学 2017
[3]几种多元纳米氮化物涂层的制备和高温氧化行为研究[D]. 敖永翠.广东工业大学 2014
本文编号：2923794
【文章来源】：中国陶瓷. 2020年09期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Ti Al Si N多层梯度涂层的结构示意图
图2为试验测得的Ti Al Si N多层梯度涂层的硬度和弹性模量。求得Ti Al Si N多层梯度涂层硬度H和弹性模量E的平均值分别为27.7 GPa和338.0 GPa。另外H/E和H3/E2分别是为0.082,0.187。与一些涂层相比[13,16,17]，其H和E的值都略有提高，另外H/E和H3/E2的值也存在不同程度的增加，使得涂层抵抗变形的能力和耐磨性能要好一些。2.2 Ti Al Si N多层梯度涂层膜基结合力
图4为Ti Al Si N多层梯度涂层的XRD图谱，从图中可以看出，（110）衍射峰为硬质合金基体，(Ti,Al)N晶相的衍射峰为（200）和（111），具有(200)的择优生长取向。此时Al原子取代一部分Ti N面心立方体中的Ti原子，主要以面心立方结构的(Ti,Al)N相为主。但是没有出现Si3N4相和其他化合物的衍射峰，这说明Si3N4相为非晶态存在，或者Si含量太少[9,18]。与Ti Al N标准峰的PDF卡片相比，（200）衍射峰峰值降低且发生宽化，这是因为添加Si元素以后生成的非晶态的Si3N4阻碍了(Ti,Al)N相的生长，导致晶粒细化。对Ti Al Si N多层梯度涂层进行能谱分析，涂层中各元素含量如图5所示，从图中可看出Ti、Si、Al、N等元素含量，其中Si含量不足6 at.%。另外还含有P、Cu等杂质元素，杂质元素有可能来自实验引入，或者来源于靶材。图4 Ti Al Si N多层梯度涂层XRD图谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]多弧离子镀制备纳米多层TiAlSiN涂层的性能研究[J]. 邹伶俐. 机械工程师. 2018(08)
[2]多层梯度结构对TiAlSiN涂层摩擦磨损性能的影响[J]. 谭超,何卫锋,曹鑫,廖斌,何光宇,杨竹芳. 中国表面工程. 2018(03)
[3]多弧离子镀制备TiAlSiN涂层的工艺研究[J]. 王昆仑,辛艳青. 科技创新与应用. 2018(01)
[4]TiAlN,TiAlSiN涂层的制备及其切削性能[J]. 陈强,张而耕,张锁怀. 表面技术. 2017(01)
[5]45钢、TiN和TiAlN的摩擦磨损特性研究[J]. 李渊明,李华英,顾涛,何辉波. 西南大学学报(自然科学版). 2016(12)
[6]AFM Analysis of TiN, TiAlN, and TiAlSiN Coatings Prepared by Cathodic Arc Ion Plating[J]. 王文昌,ZHANG Ling,孔德军. Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science). 2016(05)
[7]电弧离子镀TiAlN和TiAlSiN涂层的高温摩擦磨损行为[J]. 曾琨,邹长伟,郑军,贵宾华,王启民. 中国表面工程. 2015(06)
[8]电弧离子镀与磁控溅射复合技术制备Ti/TiN/TiAlN复合涂层的组织结构与力学性能[J]. 张启沛,钟喜春,李春明,郭燕伶,余赟,焦东玲,匡同春. 真空科学与技术学报. 2015(02)
[9]TiAlN硬质涂层的研究进展[J]. 王均涛,刘平,李伟,郑康培. 热加工工艺. 2010(20)
硕士论文
[1]电弧离子镀TiAlN基涂层的制备及其性能研究[D]. 费加喜.广东工业大学 2018
[2]TiC及Ag、Si结构改性的TiAlN涂层摩擦性能研究[D]. 陈恩.南昌航空大学 2017
[3]几种多元纳米氮化物涂层的制备和高温氧化行为研究[D]. 敖永翠.广东工业大学 2014
本文编号：2923794
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