论文部分内容阅读
本文采用磁控溅射技术分别在高速钢、单晶硅和Al2O3基体上制备了不同Y含量CrxAlyY1-x-yN镀层。采用EDS、XRD、SEM及TEM对镀层的化学成分、相组成及微观结构进行了分析;分别采用维氏显微硬度计和洛氏硬度计研究了Y含量对CrxAlyY1-x-yN镀层硬度及膜基结合性能的影响，并通过销盘式实验研究了镀层在不同速度下的摩擦磨损性能;采用箱式电阻炉研究了不同Y含量镀层在0～1200℃范围的氧化行为，并结合经不同退火温度后镀层表面形貌及相结构的变化分析了Y元素对CrxAlyY1-x-yN镀层力学性能及摩擦磨损性能的影响。 研究结果表明: 镀层中少量的Y元素以固溶形式存在于多晶CrN内。随着Y含量的增加，会在镀层中形成YN相。所有CrxAlyY1-x-yN镀层均以Cr-N化合物为主要物相。而Y元素的加入会促使镀层的主要物相由Cr2N相逐渐转变为CrN相，且导致镀层内部出现分层现象。随着Y含量的增加，镀层表面颗粒大小呈先降后升的趋势，镀层断口由柱状形貌逐渐转变为纤维状，但随着Y含量的继续增加柱状形貌又会增加;但含Y镀层中柱状区所占的比例均下降，随Y含量的增加，柱状区所占的比例也表现为先降后升的趋势，当Y含量为3.28％时，镀层最为致密。镀层硬度和膜基结合强度均随着Y含量的增加呈先增加后减小趋势。当Y含量为3.28％时，镀层硬度和结合强度等级分别为HV0.022106和HF2。 常温下，当滑动速度为200mm/s时，适量Y元素(Y％=3.28％)的加入可以有效降低CrxAlyY1-x-yN镀层摩擦系数，由未加入Y元素时的0.64降至0.48，同时其磨损率也由7.32×10-3降至1.56×10-3。而当滑动速度为400mm/s时，未加入Y元素的镀层与含Y镀层之间磨损率的差别更明显。 适量Y元素(Y％=3.28％)的加入能够提高镀层的抗氧化性能，同时还能够提高镀层硬度和膜基结合强度的热稳定性。其中Y含量为3.28％的镀层经600℃退火后，其磨损率仅为未加入Y元素镀层的33％。由CrxAlyY1-x-yN镀层在0～1200℃范围的氧化增重曲线可知，其氧化增重随着Y含量的增加呈先增后降的趋势。其中，Y含量为3.28％的镀层在1200℃时的氧化增重曲线分别为Y含量为0％，0.47％，5.95％，12.88％镀层的38％，27％，153％，185％，呈现出较好的抗氧化性能。而Y元素较少或较高时，镀层的氧化增重曲线增重趋势较高。