等离子体增强磁控溅射TiN涂层与铝对摩时的摩擦磨损行为

作     者：谢启 柳子怡 付志强 康嘉杰 朱丽娜 佘丁顺 XIE Qi;LIU Ziyi;FU Zhiqiang;KANG Jiajie;ZHU Lina;SHE Dingshun

作者机构：中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 中国地质大学(北京)郑州研究院郑州451283 

出 版 物：《中国表面工程》 (China Surface Engineering)

年 卷 期：2023年第36卷第6期

页      面：68-78页

核心收录：

学科分类：08[工学] 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] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52175196 51775524)。 

主　　题：磁控溅射 涂层 微观组织 摩擦学 挤压 

摘      要：铝挤压模具表面的摩擦磨损行为是影响铝制品质量和模具寿命的重要因素。为了进一步优化铝挤压模具表面耐磨涂层的沉积工艺,以TiN涂层为例,采用等离子体增强磁控溅射方法分别在基体偏流为0.1 A、1.5 A、3.0 A和4.5 A条件下制备TiN涂层,利用XPS、SEM、AFM和XRD分别测量TiN涂层的化学成分、表截面微观结构和相组成,利用纳米压痕仪和旋转式球-盘摩擦磨损试验机分别考察TiN涂层试样的综合力学性能和与铝对摩时的摩擦磨损行为。结果表明:基体偏流增加对TiN涂层的化学组成影响较小。随着基体偏流的增加,TiN涂层的横截面形貌逐渐细化。涂层表面具有由岛状微凸起组成的微结构,随着基体偏流的增加,微凸起尺寸和数量逐渐减小,表面粗糙度逐渐降低。不同基体偏流条件下制备的涂层均具有明显的TiN(111)择优生长趋势。当基体偏流从0.1 A增加到1.5 A时,TiN涂层的晶粒尺寸明显减小,涂层的综合力学性能得到显著提高。TiN涂层试样与铝对摩过程中主要发生粘着磨损和磨料磨损,涂层试样对铝的减摩抗磨性能与对摩过程中的铝粘着面积呈负相关。结论:基体偏流对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的表截面微观结构、力学性能和摩擦磨损行为影响显著,基体偏流为1.5 A时制备的TiN涂层具有最低的摩擦因数和磨损率,分别为0.41×10^(-15)和3.03×10^(-15)m~3/(N·m)。研究结果对铝成型模具表面高性能长寿命防护涂层的研究开发具有一定的理论意义和实用价值。