温度对CrAlN涂层摩擦磨损行为的影响
发布时间：2021-11-14 07:52
通过表面改性技术在刀具上制备硬质涂层,可有效提高刀具的耐用度和使用寿命。采用非平衡磁控溅射技术在M2高速钢基材上沉积CrAlN涂层,通过扫描电镜、共聚焦扫描显微镜、X衍射仪和球-盘式高温摩擦磨损试验机等手段着重研究了CrAlN涂层的微观结构以及温度对CrAlN涂层摩擦磨损行为的影响。研究结果表明,CrAlN涂层表面呈紧密聚集的圆形颗粒状排布,颗粒大小分布均匀,平均尺寸约为150nm。涂层截面为致密排布的柱状晶组织,无明显裂痕、孔隙等缺陷。涂层相结构主要为面心立方CrAlN和Cr2N等。在室温～600℃范围内,CrAlN涂层的摩擦系数随温度升高先增大后减小,这是由于高温下CrAlN涂层氧化生成的氧化物有利于减小摩擦。
【文章来源】：材料科学与工程学报. 2020,38(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
CrAlN涂层的微观形貌照片（a）表面；（b）截面
图2为CrAlN涂层的XRD衍射谱。如图所示，该CrAlN涂层的主要组分为CrAlN和Cr2N，以及少量Cr和微量的AlN。CrAlN和Cr2N均为面心立方结构。其中，CrAlN的衍射晶面为（111）、（200）和（220）。3.2 CrAlN涂层的摩擦磨损性能
图5为不同试验温度（室温、200℃、400℃和600℃）摩擦磨损试验时，测试得到的CrAlN涂层的瞬时摩擦系数。如图所示，瞬时摩擦系数随摩擦时间发生变化，变化规律与试验温度有较大关系。高温（200℃、400℃和600℃）下CrAlN涂层的摩擦过程主要经历磨合和稳定两个阶段。在CrAlN涂层与对磨球接触的初期，由于未经处理的CrAlN涂层表面存在一定的粗糙度，使得摩擦阻力急剧上升，造成涂层在磨合阶段摩擦系数迅速上升。随着摩擦过程的不断进行，CrAlN涂层表面的粗糙度逐步减小，且摩擦过程中CrAlN涂层表面氧化所产生的氧化物有利于减小摩擦，因此，CrAlN涂层的摩擦系数开始下降。随着整个系统逐渐达到平衡状态，摩擦进入稳定阶段。室温（23℃）下，CrAlN涂层瞬时摩擦系数随时间变化的曲线较为平缓，摩擦系数在摩擦开始后的21min内缓慢上升，最终稳定在0.35左右。而在高温下，CrAlN涂层的瞬时摩擦系数波动更剧烈，说明随着温度的升高，涂层与对磨球之间的不稳定因素增加。实验温度为200℃时CrAlN涂层的摩擦系数约0.58左右，实验温度升高到400℃时涂层的摩擦系数增加到0.76左右，但是当试验温度进一步升高时，摩擦系数反而降低。600℃时涂层的摩擦系数降低到0.62左右。图5 不同试验温度下涂层的摩擦系数随时间的变化曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮化物硬质涂层中Cr、Ti和Al元素对摩擦磨损特性的影响[J]. 韩亮,杨立,陈仙,张颖,赵玉清. 真空. 2012(02)
[2]Microstructure and Mechanical Properties of Multilayer Ti（C,N） Films by Closed-field Unbalanced Magnetron Sputtering Ion Plating[J]. Guojun Zhang , Bin Li, Bailing Jiang, Dichun Chen and Fuxue Yan School of Materials Science and Engineering, Xi an University of Technology, Xi an 710048, China. Journal of Materials Science & Technology. 2010(02)
[3]CrAlN薄膜高温抗氧化性的研究[J]. 余春燕,王社斌,尹小定,许并社. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[4]TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展[J]. 季鑫,宓一鸣,周细应. 热加工工艺. 2009(04)
[5]物理气相沉积TiN多元涂层和多层涂层的研究进展[J]. 胡树兵,崔崑. 材料保护. 2001(10)
本文编号：3494249
【文章来源】：材料科学与工程学报. 2020,38(04)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
CrAlN涂层的微观形貌照片（a）表面；（b）截面
图2为CrAlN涂层的XRD衍射谱。如图所示，该CrAlN涂层的主要组分为CrAlN和Cr2N，以及少量Cr和微量的AlN。CrAlN和Cr2N均为面心立方结构。其中，CrAlN的衍射晶面为（111）、（200）和（220）。3.2 CrAlN涂层的摩擦磨损性能
图5为不同试验温度（室温、200℃、400℃和600℃）摩擦磨损试验时，测试得到的CrAlN涂层的瞬时摩擦系数。如图所示，瞬时摩擦系数随摩擦时间发生变化，变化规律与试验温度有较大关系。高温（200℃、400℃和600℃）下CrAlN涂层的摩擦过程主要经历磨合和稳定两个阶段。在CrAlN涂层与对磨球接触的初期，由于未经处理的CrAlN涂层表面存在一定的粗糙度，使得摩擦阻力急剧上升，造成涂层在磨合阶段摩擦系数迅速上升。随着摩擦过程的不断进行，CrAlN涂层表面的粗糙度逐步减小，且摩擦过程中CrAlN涂层表面氧化所产生的氧化物有利于减小摩擦，因此，CrAlN涂层的摩擦系数开始下降。随着整个系统逐渐达到平衡状态，摩擦进入稳定阶段。室温（23℃）下，CrAlN涂层瞬时摩擦系数随时间变化的曲线较为平缓，摩擦系数在摩擦开始后的21min内缓慢上升，最终稳定在0.35左右。而在高温下，CrAlN涂层的瞬时摩擦系数波动更剧烈，说明随着温度的升高，涂层与对磨球之间的不稳定因素增加。实验温度为200℃时CrAlN涂层的摩擦系数约0.58左右，实验温度升高到400℃时涂层的摩擦系数增加到0.76左右，但是当试验温度进一步升高时，摩擦系数反而降低。600℃时涂层的摩擦系数降低到0.62左右。图5 不同试验温度下涂层的摩擦系数随时间的变化曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮化物硬质涂层中Cr、Ti和Al元素对摩擦磨损特性的影响[J]. 韩亮,杨立,陈仙,张颖,赵玉清. 真空. 2012(02)
[2]Microstructure and Mechanical Properties of Multilayer Ti（C,N） Films by Closed-field Unbalanced Magnetron Sputtering Ion Plating[J]. Guojun Zhang , Bin Li, Bailing Jiang, Dichun Chen and Fuxue Yan School of Materials Science and Engineering, Xi an University of Technology, Xi an 710048, China. Journal of Materials Science & Technology. 2010(02)
[3]CrAlN薄膜高温抗氧化性的研究[J]. 余春燕,王社斌,尹小定,许并社. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[4]TiN薄膜制备方法、性能及其应用的研究进展[J]. 季鑫,宓一鸣,周细应. 热加工工艺. 2009(04)
[5]物理气相沉积TiN多元涂层和多层涂层的研究进展[J]. 胡树兵,崔崑. 材料保护. 2001(10)
本文编号：3494249
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3494249.html
