氮气流量对CMS/PEMS-CrNx涂层/Al摩擦副摩擦学行为的影响

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidcao1980
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CrN涂层是常见的硬质涂层,由于其良好的耐磨性和化学稳定性在铝挤压模具表面防护上有广泛的应用前景。磁控溅射技术是制备CrN涂层常用的方法,但常规磁控溅射(Conventional Magnetron Sputtering,CMS)技术在涂层沉积过程中离化率较低,而等离子增强磁控溅射(Plasma Enhanced Magnetron Sputtering,PEMS)技术由于引入独立的热电子发射源可以显著提高涂层沉积过程中离化率,改善涂层的致密度。本文在不同N2流量条件下使用CMS与PEMS技术制备一系列CrN涂层,研究N2流量对CMS/PEMS-CrNx涂层/Al摩擦副摩擦学行为的影响。结果表明:(1)随着N2流量的增加,涂层相结构从Cr+Cr2N转变为Cr+CrN。涂层在高N2流量条件(50 sccm-100 sccm)下呈现出CrN(111)择优取向。CMS-CrNx涂层的力学性能在整个N2流量范围内表现先升高后降低。随着N2流量的上升,涂层与Al对磨摩擦系数先基本不变后升高,当N2流量为100 sccm时,涂层摩擦系数最大为0.61。随着N2流量升高,涂层与Al对磨后Al的黏着总体上呈现下降趋势,涂层与Al对磨后磨损率总体先升高后降低然后再次升高。当N2流量为40 sccm时,涂层磨损率最小,为1.3×10-14m~3/(N·m),当N2流量为100 sccm时,CMS-CrNx涂层磨损率最高,为1.0×10-13m~3/(N·m)。(2)随着N2流量升高,PEMS-CrNx涂层相结构发生从Cr(N)→Cr(N)+Cr2N→Cr2N→Cr2N+CrN最终为单相CrN的转变。涂层在较大N2流量范围(50-100 sccm)下制得单相CrN。随着N2流量的升高,涂层力学性能先升高后降低再升高最终基本不变,涂层摩擦系数总体先升高后降低。随着N2流量升高,涂层与Al对磨后Al的黏着总体上呈现出逐渐上升的趋势。涂层磨损率总体上先升高后降低再升高最终降低。N2流量为40 sccm时,涂层磨损率最高,为3.9×10-14m~3/(N·m)N2流量为100 sccm时,涂层磨损率最低,为0.8×10-14m~3/(N·m)。
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