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AlB2-type WB2是一种极具潜力的硬质自润滑涂层。其硬度高达35~40GPa,磨损率低至10-7mm3/mN,有望用于航天航空等领域急需的高速高效切削钛、铝及其合金等难加工材料的刀具涂层,但其存在韧性低、压应力大等问题。通过C、Si掺杂构筑多元涂层可进一步改善WB2的综合性能。本文利用直流(反应)磁控溅射技术,在YG8硬质合金和Si片上分别制备了WBC和WBCSi涂层,系统地研究了C、Si掺杂对AlB2-type WB2基WBC(Si)涂层的组织结构、残余应力、力学、摩擦学性能的影响规律及作用机制。 利用WB2靶材和C2H2,通过反应磁控溅射法制备了WBC涂层。保持总压强0.7Pa不变,随着PC2H2(0~0.035Pa)的增加,涂层的相组成依次为WB2/a-WC(a表示非晶),a-WB2/a-WC,a-WB2/a-WC/a-C,择优取向由(101)转变为(001)再到非晶结构,截面形貌由柱状结构逐渐演变为无定型状。C掺杂使涂层的残余应力由拉应力转变为压应力,且压应力随PC2H2增加而逐渐上升,最高达1.5GPa。当PC2H2=0.015Pa时,涂层具有较高的硬度、韧性,同时少量a-C的润滑作用使涂层磨损率达到最低,为9×10-8mm3/mN。 在PC2H2为0.015Pa下,保持总压强0.7Pa不变,改变Si靶功率,制备了不同Si含量(0~13.2at.%)的WBCSi涂层。随着Si含量的增加,WBCSi涂层均为非晶结构,但涂层的短程有序度降低,截面呈现无定型非晶结构;涂层短程有序度的降低及a-WSi2和a-SiC的形成使WBCSi涂层的残余压应力大幅降低,同时在一定厚度范围内,涂层的残余压应力随厚度的增加累积明显;非晶WBCSi涂层的硬度和弹性模量变化不明显;当Si含量为10at.%时,涂层的磨损率达到最低,约为1.4×10-7mm3/mN。 利用WB2/C靶材,通过直流磁控溅射技术,改变Si靶功率,制备了不同Si含量(0~8.94at.%)的WBCSi涂层。随着Si含量的增加,涂层的结晶度提高,柱状结构单元逐渐细化,晶粒尺寸逐渐减小;形成了WB2/a-WSi2或者(和)WB2/a-WSi2/a-SiC的纳米复合结构,使涂层残余应力显著降低,WBC涂层硬度从28.6GPa提高至39GPa以上,涂层的韧性及耐磨性也得以提高,当Si含量为8.94at.%时,涂层的磨损率最低,约为2.0×10-7mm3/mN。