等離子增強(qiáng)磁控濺射沉積新型納米復(fù)合涂層.pdf

1、納米復(fù)合涂層在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用很多，如汽車(chē)零部件，刀具，模具，各種發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪機(jī)葉片，光學(xué)玻璃，耐高溫，耐腐蝕和耐疲勞等領(lǐng)域。本文采用等離子增強(qiáng)磁控濺射(PEMS)技術(shù)在H13模具鋼表面濺射沉積Ti基，TiCr基，TiAl基新型納米復(fù)合涂層。主要研究了Cr、Al、C、O等不同元素的加入對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)和性能的影響，這些性能包括硬度、與基體的粘結(jié)性、表面能、耐磨、耐高溫和耐沖蝕腐蝕性能等，主要得出以下結(jié)論：
　　 (1)等離子增強(qiáng)磁

2、控濺射技術(shù)沉積的涂層致密、少有柱狀結(jié)構(gòu)，而且表面粗糙度低。說(shuō)明在真空室里引入加熱的鎢絲可以起到等離子增強(qiáng)的效果，這種效果對(duì)納米涂層的致密化起著重要的作用。
　　 (2)等離子增強(qiáng)磁控濺射沉積的無(wú)氧涂層中，涂層組織致密、少無(wú)柱狀結(jié)構(gòu)是比較常見(jiàn)的。氧元素的加入使各納米復(fù)合涂層表面變得粗糙，顯示出柱狀結(jié)構(gòu)和少量的氣孔，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于涂層的組織結(jié)構(gòu)起著不利的影響。然而，通過(guò)粘結(jié)性能測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氧元素的加入可以提高涂層和基體的結(jié)合力。表面

3、能測(cè)試結(jié)果顯示：氧元素的加入使Ti基和TiAl基納米復(fù)合涂層的表面能降低，對(duì)于含有Cr的涂層，其表面能大小主要受形貌的影響。
　　 (3)通過(guò)比較各納米復(fù)合涂層的顯微硬度測(cè)試結(jié)果可以看出，H(TiCr based)>H(TiAl based)>H(Ti based)，說(shuō)明多金屬?gòu)?fù)合涂層可以提高涂層的硬度。納米壓痕測(cè)試的結(jié)果說(shuō)明：Ti基涂層具有較高的韌性，對(duì)于TiAl基涂層而言，氧元素有利于韌性的提高，而對(duì)于TiCr基涂層，氧元素

4、使這些涂層的韌性下降很明顯。
　　 (4)從滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)可以看出：涂層中含有Cr元素明顯提高了納米復(fù)合涂層的摩擦系數(shù)；然而，涂層中的碳含量越高，其摩擦系數(shù)越小。從磨損量來(lái)看，硬度越高，涂層的耐磨性能越好。沖蝕磨損試驗(yàn)可以看出，各涂層的耐沖蝕磨損性能是H13鋼的3～11倍，且含有氧元素的涂層可以不同程度地提高其耐沖蝕磨損性能。
　　 (5)XRD和EDS的結(jié)果分析得出涂層中含有非晶態(tài)的鋁的氧化物、氮化物等結(jié)構(gòu)，這些物質(zhì)

5、可以提高涂層的耐氧化性能。另外，TiAl基納米復(fù)合涂層具有良好的耐高溫氧化性能。
　　 (6).通過(guò)研究各納米復(fù)合涂層和基體的耐腐蝕性能發(fā)現(xiàn)，含有涂層的表面耐腐蝕性能明顯增強(qiáng)。比較各涂層可以發(fā)現(xiàn)：含有氧的涂層耐腐蝕性能比較差，這主要和表面缺陷有關(guān)。另外，增加涂層的厚度可以顯著提高其耐腐蝕性能，試驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，涂層中加入Ti、Al元素后，其極化阻力明顯增大，且TiAlSiCN納米復(fù)合涂層具有最好的耐腐蝕性能。然而，涂層中的Cr元素并