论文部分内容阅读
TiAlSiN薄膜具有较高的高温硬度,在刀具涂层制备领域具有广泛的应用前景,但其高温摩擦系数较高,限制了其在高温抗磨损领域的应用。为了保持TiAlSiN薄膜的高温抗氧化性和高硬度的同时,找到一种降低TiAlSiN薄膜的摩擦系数的方法。本研究采用多源等离子体注入与沉积技术（MPIIID）在W18Cr4V工具钢和硅片上制备了不同Si含量的TiAlSiN薄膜;通过控制C2H2/（N2+C2H2）的比率的制备了不同C含量的TiAlSiCN薄膜;采用多源等离子体注入与沉积技术并结合非平衡磁控溅射技术,制备了不同调制周期的TiAlSiN/WS2多层薄膜。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线光电子谱仪（XPS）、激光拉曼光谱仪、纳米探针、划痕仪、光学显微镜和摩擦磨损试验机等对薄膜的室温及高温成分、组织、微结构及力学性能进行分析测试。结果表明:通过调节不同阴极的脉宽,可以实现Si含量的0.64%15.38%大范围调节,制备的薄膜为柱状的组织结构,具有TiN（200）择优取向,添加的Si和Al元素以Si3N4和AlN形式存在;Si、Al元素的加入提高了薄膜的力学性能,当Si为2.33%时,薄膜具有最高的硬度约38GPa。TiAlSiN薄膜在常温和高温都具有较高的摩擦系数和良好的抗磨损能力,Si、Al元素的加入提高了薄膜的高温抗氧化能力,生成SiO2和Al2O3能有效的抑制氧的扩散。C含量对TiAlSiCN薄膜的微结构和力学性能存在很大的影响。随着C含量的增加,薄膜的显微硬度在逐渐下降,薄膜中的石墨化的sp2键的含量也随着增加,薄膜的摩擦系数呈现逐渐下降的趋势。调制周期对TiAlSiN/WS2多层薄膜的显微硬度和摩擦磨损性能都有着很大的影响,调制周期为200nm的TiAlSiN/WS2薄膜具有最高的显微硬度15.9GPa,伴随着较高的摩擦系数。随着调制周期的增加,薄膜的硬度降低,薄膜的摩擦系数降低,表现良好的抗磨损能力。