【摘 要】
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目的 制备高纯度、超硬、高耐磨的Zr-B-N纳米复合涂层。方法 在反应气体中掺入还原性气体H2，利用氢元素强还原性去除真空室以及反应气氛中残留的O杂质，采用脉冲直流磁控溅射技术，通过调节N2+H2混合气体流量制备高纯度Zr-B-N涂层。利用扫描电镜、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等设备对涂层的微观结构、力学性能和摩擦性能进行测试，并分析其变化机理。结果 随着N2+H2流量的增加，Zr-B-N涂层内N含
【机 构】
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天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点实验室
【基金项目】
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国家自然科学基金（51301181,51875555）； 天津市科技重大专项（18ZXJMTG00050）； 天津市自然科学基金（19JCYBJC17100）； 天津市科技特派员项目（20YDTPJC01460） ～～；
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目的 制备高纯度、超硬、高耐磨的Zr-B-N纳米复合涂层。方法 在反应气体中掺入还原性气体H2，利用氢元素强还原性去除真空室以及反应气氛中残留的O杂质，采用脉冲直流磁控溅射技术，通过调节N2+H2混合气体流量制备高纯度Zr-B-N涂层。利用扫描电镜、纳米压痕仪、摩擦磨损试验机等设备对涂层的微观结构、力学性能和摩擦性能进行测试，并分析其变化机理。结果 随着N2+H2流量的增加，Zr-B-N涂层内N含量在N2+H2流量为10mL/min时达到最高。从截面形貌可以看出，涂层结构由粗大的柱状晶逐步转变为玻璃状细小柱状晶结构，涂层更加致密，呈现典型的纳米复合结构。微量H元素的掺入，减少了涂层制备过程中O相关化学键的生成，制备出的Zr-B-N涂层晶粒的生长环境得到改善。在N2+H2流量为10 mL/min时，涂层的硬度和弹性模量达到最大值40.26 GPa和532.98 GPa，临界载荷最大约为60.1 N，摩擦系数较小，为0.72，磨损率在此时最低，为1.12×10–5 mm~3/（N·m）。结论 当N2+H2流量为10 mL/min时，制备出了超硬Zr-B-N纳米复合涂层。适量氢元素的掺入，充分去除真空室内氧杂质，改善了涂层中晶粒的生长环境，有效地提高涂层的硬度及摩擦磨损性能。
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