CrMoN复合涂层的制备与性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxq198
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由于CrN涂层具有优异的热稳定性、耐腐蚀性、耐磨性,且抗高温氧化性能明显优于TiN涂层而被广泛关注。Mo在摩擦磨损过程中会形成具有低剪切模量的MoO3相,能够有效地提高涂层的摩擦学性能,使具有高硬度、低摩擦系数等优点的硬质涂层MoxN成为研究热点,但该涂层热稳定性较差、抗氧化温度较低。因此,近年来人们对CrMoN复合涂层进行了探索性的研究,希望通过合金化来进一步提高CrN涂层的硬度,并利用摩擦过程中生成的MoO3相来提高涂层的减摩与耐磨作用,但并未进行系统深入的研究,对CrMoN复合涂层的抗氧化性能也鲜有报道。为了得到综合性能优良的涂层,本文采用直流反应磁控溅射技术沉积了CrN涂层、MoN涂层以及CrMoN复合涂层,研究了N2流量比、基体温度和偏压等溅射工艺参数对这三种涂层的微观组织结构、显微硬度、结合强度和摩擦学等性能的影响;研究了Mo含量对CrMoN复合涂层氧化行为的影响;研究了氧化温度对CrN涂层和CrMoN复合涂层微观组织结构、成分和硬度的影响。  调节溅射工艺参数的结果表明,随着N2流量比的增加,CrN涂层和CrMoN复合涂层由六方结构相转变为立方结构相,而MoN涂层由立方结构相转变为六方结构相;对这三种涂层来说,具有六方结构相的涂层硬度相对较高;随着基体温度的增加,三种涂层与基体的结合强度都随之增加,CrN涂层和CrMoN复合涂层的硬度也随之增加,而MoN涂层的硬度则呈现相反的变化;当偏压为-100V时,CrMoN复合涂层具有最好的力学性能和摩擦学性能。  调节CrMoN涂层中Mo含量的结果表明,随着Mo含量增加至45.4%,CrMoN复合涂层的相结构为以fcc-CrN相为基础的(Cr, Mo)N置换式固溶体,当Mo含量大于45.4%时,转变为以fcc-γ-Mo2N相为主的混合相结构,当Mo含量为69.3%时,伴有少量的bcc-Mo相生成;CrMoN复合涂层的显微硬度先增加后降低,在Mo含量为45.4%时具有最高值;涂层的摩擦系数和磨损率也呈现先增加后降低的变化,当Mo含量超过45.4%时,摩擦过程中生成了MoO3润滑相,降低了复合涂层的摩擦系数和磨损率。  研究CrN涂层和CrMoN复合涂层氧化行为的结果表明,不同Mo含量的CrMoN复合涂层在550℃氧化1h后,涂层主要为面心立方结构的(Cr, Mo)N固溶体,当Mo含量为69.3%时,涂层中出现MoO3相;Mo含量为45.4%时,涂层中O含量最少,其抗氧化性能最好,Mo含量低于45.4%时,涂层中O原子百分含量约为10%,Mo含量高于45.4%,涂层中O含量大幅增加,N含量则相反地降低,涂层的抗氧化性能变差。氧化温度为600℃时,Cr2O3相在CrN涂层中开始出现,而在CrMoN复合涂层中则出现于氧化温度为700℃时;在氧化温度800℃时,CrN涂层完全剥落,而CrMoN复合涂层部分剥落,除Cr2O3相以外还有沉积态的涂层,未发现Mo的氧化物,可能是由于Mo固溶在Cr的氧化物中,显示了CrMoN复合涂层的抗氧化性能优于CrN涂层。随着氧化温度的增加,CrN涂层和CrMoN复合涂层的显微硬度都随之降低,当氧化温度超过600℃时,这两种涂层硬度都大幅度降低。  本论文通过优化溅射工艺参数和调节Mo含量,使CrMoN复合涂层的力学性能、摩擦学性能和抗氧化性能等都得到了相应的提高。
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