多弧离子镀制备TiAlCN和TiAlN涂层的结构和摩擦磨损性能

作     者：段佳妮 李文正 赵春蕾 赵远 董敏鹏 袁志威 李金龙 DUAN Jia-ni;LI Wen-zheng;ZHAO Chun-lei;ZHAO Yuan;DONG Min-peng;YUAN Zhi-wei;LI Jin-long

作者机构：中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室浙江宁波315201 中国科学院大学材料科学与光电研究中心北京100049 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2022年第51卷第4期

页      面：139-148页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：浙江省自然科学基金探索项目(LY20E010001) 宁波市“科技创新2025”重大专项(2018B10019)。 

主　　题：离子镀 TiAlCN TiAlN 结构 硬度 结合力 摩擦磨损 

摘      要：目的对比研究TiAlCN和TiAlN涂层的结构、塑韧性、结合力和摩擦磨损性能。方法采用多弧离子镀技术制备了TiAlCN和TiAlN涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了涂层的微观形貌、元素和物相组成。通过纳米压痕、纳米划痕、划痕测试仪和摩擦磨损实验研究了涂层的硬度、塑韧性、结合力和摩擦学性能。结果TiAlCN和TiAlN涂层表面均匀致密,有明显的柱状晶结构特征。TiAlN涂层的硬度(29.4±2.2)GPa大于TiAlCN涂层的硬度(22.5±1.1)GPa。TiAlCN涂层的H/E、H^(3)/E^(*2)、塑韧性和结合强度优于TiAlN涂层。大气环境摩擦时TiAlN和TiAlCN涂层的摩擦因数分别为0.80和0.38,TiAlCN涂层的摩擦因数远低于TiAlN。TiAlN和TiAlCN的磨损率分别为1.4×10^(‒5) mm^(3)/(N·m)和9.1×10^(‒6) mm^(3)/(N·m),TiAlCN涂层具有更低的磨损率。结论碳元素的掺入可以明显改善TiAlCN涂层的塑韧性和摩擦磨损性能,这主要归因于TiAlCN涂层优异的抗变形能力和无定形碳的润滑作用。