【摘 要】
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为减缓机械零部件表面的磨损并减少摩擦引起的能源损耗,常对机械零部件表面镀覆耐磨涂层并使用全成分润滑油。硼化物耐磨涂层尤其是AlMgB14-TiB2涂层表现出了优异的力学性能,其在干摩擦以及油润滑条件下均表现出良好的摩擦学性能,具有良好的应用潜力以及研究价值。已有研究发现AlMgB14-TiB2涂层在边界润滑条件下与部分润滑油添加剂存在协同作用,能够进一步提高摩擦副在油润滑条件下的综合摩擦学性能。现
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为减缓机械零部件表面的磨损并减少摩擦引起的能源损耗,常对机械零部件表面镀覆耐磨涂层并使用全成分润滑油。硼化物耐磨涂层尤其是AlMgB14-TiB2涂层表现出了优异的力学性能,其在干摩擦以及油润滑条件下均表现出良好的摩擦学性能,具有良好的应用潜力以及研究价值。已有研究发现AlMgB14-TiB2涂层在边界润滑条件下与部分润滑油添加剂存在协同作用,能够进一步提高摩擦副在油润滑条件下的综合摩擦学性能。现有的润滑油添加剂主要适用于铁基摩擦副,其与非铁基耐磨涂层间的作用机理尚不完全明确,甚至部分添加剂会导致摩擦副表面涂层的加速磨损,不利于油润滑条件下耐磨涂层的摩擦学性能。为提高耐磨涂层在油润滑条件下的摩擦学性能,常对涂层进行成分改性以增强涂层与润滑油添加剂间的相互作用。对此,本文系统地研究了对磁控溅射技术制备的AlMgB14-TiB2涂层进行氮掺杂后涂层成分以及力学性能的变化,并研究了氮掺杂改性后的AlMgB14-TiB2涂层（AMTB-N）在摩擦膜改性添加剂二烷基二硫代氨基甲酸钼（MoDTC）润滑下的摩擦学性能和摩擦化学作用机理。本文使用球盘式单向旋转摩擦磨损实验测试涂层摩擦学性能,使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射仪（XRD）、纳米力学测试系统对涂层结构以及摩擦实验后的涂层表面磨痕进行表征。实验结果以及结论如下:（1）直流磁控溅射技术沉积的AlMgB14-TiB2涂层具有良好的力学性能,涂层硬度可达30 GPa。实验中使用氩-氮混合气体对涂层进行氮掺杂,研究发现涂层中掺入的氮元素与硼元素和钛元素结合,抑制了涂层中B12二十面体硬质结构和TiB2的形成,导致涂层力学性能下降。（2）在边界润滑条件下,MoDTC与AMTB-N涂层存在协同作用,摩擦副的摩擦系数在磨合阶段即快速下降并逐渐达到稳态值。未掺杂的涂层（AMTB-0N）以及在20%（AMTB-20N）和30%（AMTB-30N）氮气气氛中沉积的涂层稳态摩擦系数约为0.06-0.07,在10%氮气气氛中制备的涂层（AMTB-10N）稳态摩擦系数可降至约0.02。对涂层磨痕进行成分表征后发现各涂层表面均形成了 MoDTC分解产生的MoS2摩擦膜。涂层表面摩擦膜形貌与涂层力学性能间存在关联性,良好的力学性能有利于获得更高的摩擦膜覆盖率。对AlMgB14-TiB2涂层进行氮掺杂会使涂层表面产生含氧空位Vo和Ti3+的TiO2-x,涂层表面的Ti3+会抑制MoDTC摩擦膜中MoO3/FeMoO4的生成,提高摩擦膜中MoS2含量。MoDTC摩擦膜的高覆盖率和MoS2含量提高有利于摩擦副获得低摩擦系数。（3）在硬质涂层表面沉积一层含有TiO2-x的活性层可以使涂层具有优异力学性能以及与MoDTC间的强协同作用,降低摩擦副在MoDTC润滑下的稳态摩擦系数。
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