CrN/TiAlN多层涂层的微观结构和摩擦磨损性能

作     者：田峰 段海涛 潘邻 许鑫宇 秦江林 魏琴琴 罗国强 

作者机构：国营武汉新宇机器厂 武汉材料保护研究所特种表面防护材料及应用技术国家重点实验室 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室 

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

年 卷 期：2024年第3期

页      面：232-241页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主　　题：45#钢 CrN涂层 CrN/TiAlN 多层涂层 耐磨性 磨损机制 

摘      要：特种装备车辆往往在高速、高冲击等复杂环境下运行，底盘选装密封件表面容易被磨损造成密封失效，在密封工作面制备硬质涂层是提高服役寿命、延长维修周期的重要方法。采用物理气相沉积法在45#钢表面制备单层CrN涂层和不同过渡层厚度的多层CrN/TiAlN涂层，用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、表面轮廓仪、纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机，研究涂层的微观结构、机械性能和摩擦磨损性能。结果表明单层CrN涂层厚度为0.87μm,其硬度和模量最小为19.49 GPa和160.53 GPa。CrN/TiAlN多层涂层的硬度和模量明显提高，且随过渡层厚度增加而增大，4CrN/TiAlN涂层的硬度和模量可达到39.86 GPa和386.72 GPa。在空气环境下的摩擦磨损试验中，单层CrN涂层被快速破坏；CrN/TiAlN多层涂层的平均摩擦因数随着过渡层厚度的增加先增大后减小，最大磨损深度和磨痕截面积不断下降。4CrN/TiAlN涂层具有最优摩擦磨损性能，其平均摩擦因数为0.792 5，磨痕截面积为315.09μm2，磨损机理为磨粒磨损和少量粘着磨损。提高过渡层厚度能够降低基体的塑性变形，降低涂层与基体的物理性能差异，减少涂层开裂并提高涂层摩擦磨损性能。通过调控过渡层厚度获得性能优异的CrN/TiAlN多层涂层，研究成果可应用于车辆旋转密封件上，显著提高密封工作面耐磨损性能。