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反应磁控溅射制备crn涂层的热稳定性

表面技术 2022年第12期51卷 82-90,108页

作者：金玉花程融柴利强张学希王鹏兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

目的研究了真空、大气2种环境下crn涂层的热稳定性与氧化行为。方法采用反应磁控溅射技术在(100)取向的P型单晶硅基底上制备了crn涂层。利用真空热脱附谱(TDS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和扫描电... 详细信息

目的研究了真空、大气2种环境下crn涂层的热稳定性与氧化行为。方法采用反应磁控溅射技术在(100)取向的P型单晶硅基底上制备了crn涂层。利用真空热脱附谱(TDS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及加装的能谱仪(EDS)等表征方法,研究了在不同温度下涂层的热稳定性与氧化行为。结果在真空退火时,TDS结果表明crn涂层中的N在664℃左右开始释放,在温度达到1000℃时释放结束。而在温度高于900℃时释放速率和释放量开始迅速上升,在温度达到930℃时达到峰值。在加热过程中,涂层中的crn相部分转变为Cr_(2)N相,在温度达到1000℃时,完全转变为CrSi_(2)相。在大气环境中,当温度达到700℃时,涂层开始被氧化,涂层表面生成了一层约136 nm厚的致密氧化层,同时在氧化层下方生成了一层CrOxN1‒x的过渡层,并且涂层也出现了Cr_(2)O_(3)的拉曼峰。当温度达到800℃时,Cr_(2)O_(3)氧化物拉曼峰和衍射峰的数量和强度显著增加,说明涂层表面生成的氧化物的结构由简单变为复杂,并且结晶性增强。此外,氧化物颗粒逐渐长大,氧化层厚度增加,在温度达到850℃时,氧化层厚度达到429 nm。当温度高于700℃时,crn涂层沿着厚度方向的元素扩散行为是O元素的向内扩散和N、Cr元素的向外扩散,并且释放的N在氧化层下方富集,并没有释放出去。结论crn涂层在真空中的热稳定性在900℃左右,在大气中的热稳定性在700℃左右。在大气中致密的Cr_(2)O_(3)氧化层的形成对O元素的向内扩散和N、Cr元素的向外扩散具有很好的阻挡作用。氧化层的这种阻挡作用对涂层的内部起到保护作用,延缓了涂层进一步的氧化和分解,这是crn涂层热稳定性较好的原因。

关键词： crn涂层反应磁控溅射热稳定性氧化行为释放扩散阻挡

活塞销材料20CrMo上沉积crn涂层的摩擦性能研究

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内燃机学报 2018年第3期36卷 281-287页

作者：刘吉良廖日东陈国华鲍珂刘庆义张鹏伟北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072 潍柴动力股份有限公司内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261001

在高强化柴油机活塞销材料(20CrMo)上沉积了crn涂层,采用球-盘试验对比研究了20CrMo基材上沉积crn涂层前后与Si3N4球配副的摩擦学性能差异.在干摩擦条件下,考察了室温、300、500、700和900,℃等温度下两种配副的摩擦系数和磨损率.在基础... 详细信息

在高强化柴油机活塞销材料(20CrMo)上沉积了crn涂层,采用球-盘试验对比研究了20CrMo基材上沉积crn涂层前后与Si3N4球配副的摩擦学性能差异.在干摩擦条件下,考察了室温、300、500、700和900,℃等温度下两种配副的摩擦系数和磨损率.在基础油PAO6润滑条件下,考察了不同运行速度和负荷对两种配副的摩擦性能的影响.同时,对PAO6和发动机用油5W40润滑下的摩擦性能进行了比较,结果表明:20CrMo基材沉积crn涂层后的高温磨损机理发生了改变,其抗磨性能显著增强.在PAO6润滑下,基材沉积crn涂层后降低了负荷对摩擦系数的影响.在5W40润滑下,crn涂层的应用明显改善了高速重载工况下的摩擦学性能.

关键词：高强化柴油机活塞销 crn涂层摩擦学性能

离子渗氮对多弧离子镀crn涂层摩擦学性能的影响

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表面技术 2022年第11期51卷 262-270页

作者：杨九州李立张敏周少兰詹青青黄安畏杨莉婕陈汉宾李忠盛西南工程技术研究所重庆401329 重庆市育才中学重庆400031

目的采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,以提高大载荷条件下基体表面crn涂层的耐磨性能。方法首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质crn涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的... 详细信息

目的采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,以提高大载荷条件下基体表面crn涂层的耐磨性能。方法首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质crn涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的微观形貌,采用划痕试验测试涂层与基体的结合力,采用维氏硬度表征涂层及基体不同深度的硬度,通过大载荷摩擦磨损试验研究基体强化对涂层耐磨性的影响。结果经离子渗氮后,40Cr钢基体的表面硬度由380HV提高至879HV,渗层深度达到0.30 mm;多弧离子镀crn涂层的表面硬度为2380HV,厚度为33μm,涂层的结合力达到37.79 N。摩擦磨损试验结果表明,40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.92,磨损量为43.1 mg,磨痕宽度和深度分别为1805、224μm;经离子渗氮后40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.68,磨损量为28.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为1260、156μm;未强化基体表面crn涂层的平均摩擦因数为0.55,磨损量为19.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为884、89μm,在摩擦磨损试验中出现了涂层剥落失效现象;经强化后基体表面crn涂层的平均摩擦因数为0.42,磨损量为2.6 mg,磨痕的宽度和深度分别为328、16μm,未出现涂层剥落现象。结论采用离子渗氮强化基体的方法,使基体、渗氮层、crn涂层形成了硬度梯度,提高了多弧离子镀crn涂层的耐磨性能,避免在大载荷条件下出现因基体变形引起的涂层脱落失效。

关键词：离子渗氮多弧离子镀 crn涂层摩擦磨损渗镀复合硬度梯度

离子源增强电弧离子镀活塞环表面crn涂层的制备

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中国表面工程 2017年第4期30卷 19-26页

作者：田灿鑫刘怡飞李助军邹伟全杨兵付德君岭南师范学院物理科学与技术学院广东湛江524048 广州铁路职业技术学院机械与电子学院广州510430 武汉大学加速器实验室武汉430072

为了寻求发动机核心部件活塞环上电镀硬铬的替代技术,采用自行设计的离子源增强阴极电弧离子镀系统,在W18Cr4V高速钢试块上制备了不同厚度的crn涂层,用XRD、SEM分析涂层的晶体结构、表面形貌和厚度;利用显微硬度计和球盘式摩擦仪分析了... 详细信息

为了寻求发动机核心部件活塞环上电镀硬铬的替代技术,采用自行设计的离子源增强阴极电弧离子镀系统,在W18Cr4V高速钢试块上制备了不同厚度的crn涂层,用XRD、SEM分析涂层的晶体结构、表面形貌和厚度;利用显微硬度计和球盘式摩擦仪分析了涂层厚度对力学性能的影响。结果表明:随着厚度的增加,crn涂层结晶结构没有明显变化,2.5μm厚crn涂层硬度达1 900 HV0.05,最低摩擦因数0.6,最低磨损速率2.664×10^(-6) mm^3/N·m。对crn涂层和电镀硬铬ASL817钢质活塞环进行珩磨测试,在珩磨2 400次之后,crn涂层钢质活塞环出现较大孔洞(50μm),但没有涂层脱落,具有良好的附着力,工作间隙变化不大;电镀硬铬活塞环涂层磨损较crn涂层严重,工作间隙开始变大;珩磨12 000次后电镀硬铬活塞环工作间隙达到允许最大值,crn涂层活塞环依保持正常工作间隙,耐磨性更好。

关键词：阴极电弧离子镀 crn涂层摩擦因数珩磨

刀具表面磁控溅射crn涂层及其耐磨性能研究

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表面技术 2018年第10期47卷 151-156页

作者：钟厉龙永杰韩西重庆交通大学重庆400074 四川交通职业技术学院成都611130

目的提高刀具耐磨性能,延长刀具材料的使用寿命,减小刀具在加工过程中的磨损。方法采用射频磁控溅射法在高速钢刀具表面沉积Cr N涂层,用XRD、FESEM等分析涂层的组织结构与微观形貌,用X射线谱仪(EDS)测量涂层成分含量及其分布,用划痕仪... 详细信息

目的提高刀具耐磨性能,延长刀具材料的使用寿命,减小刀具在加工过程中的磨损。方法采用射频磁控溅射法在高速钢刀具表面沉积Cr N涂层,用XRD、FESEM等分析涂层的组织结构与微观形貌,用X射线谱仪(EDS)测量涂层成分含量及其分布,用划痕仪测定膜基结合力,用球-盘磨损仪进行磨损实验。探讨不同摩擦条件下涂层的耐磨性能,探究不同摩擦条件对未镀膜刀具与镀膜刀具摩擦学性能的影响,对比分析摩擦系数、磨痕深度、磨痕宽度随参数变化的规律。结果磁控溅射制备出结构致密、轮廓清晰、表面平整度趋于光滑的Cr N涂层,涂层呈现三角锥形貌,具有明显的Cr N(111)择优取向,膜基结合力为31.6 N。磨损试验表明,高载荷条件下(载荷5N),未镀膜刀具磨损较严重,磨痕颜色较深,磨痕深度与宽度分别为27.6、980.2μm,摩擦系数为0.498。镀膜刀具磨痕两侧只有轻微的犁沟和较少的磨屑堆积,表面磨痕颜色较浅,磨损轻微,磨痕深度与宽度分别为2.25、570.8μm,摩擦系数为0.314。结论在高速钢刀具表面沉积crn涂层能显著提高刀具的耐磨性能,刀具在磨损试验中磨痕深度、磨痕宽度和摩擦系数均较小。

关键词：高速钢刀具磁控溅射 crn涂层耐磨性能微观形貌

20CrMo上沉积crn涂层的力学性能及5W/40润滑下的摩擦学性能

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中国表面工程 2017年第6期30卷 103-110页

作者：刘吉良廖日东罗军廖斌吴先映刘庆义黄鹏北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京市辐射中心北京100875 北京师范大学核科学与技术学院北京100875 潍柴动力股份有限公司内燃机可靠性国家重点实验室山东潍坊261001

在活塞销材料(20CrMo)上沉积了5种不同厚度的crn涂层,研究其力学性能及发动机油5W/40润滑下的摩擦学性能。分别对crn涂层的表面形貌、截面厚度、硬度、弹性模量和高温膜基结合性能进行了测试。探讨了不同接触压力和不同转速下crn涂层与... 详细信息

在活塞销材料(20CrMo)上沉积了5种不同厚度的crn涂层,研究其力学性能及发动机油5W/40润滑下的摩擦学性能。分别对crn涂层的表面形貌、截面厚度、硬度、弹性模量和高温膜基结合性能进行了测试。探讨了不同接触压力和不同转速下crn涂层与锡青铜(QSn7-0.2)配副以及基材20CrMo与QSn7-0.2配副在5W/40润滑下的摩擦学性能差异,并分析了接触电阻。结果表明:涂层沉积厚度对crn涂层的硬度等力学参数的影响较小,但对高温膜基结合性能的影响较大。在5W/40润滑下,crn涂层与QSn7-0.2配副在接触压力较大或较小的大部分区域都具有相对较低的摩擦因数,且磨损体积极小。

关键词：活塞销 crn涂层力学性能摩擦学性能

40Cr钢表面渗氮及制备crn涂层在重载低速下的摩擦学性能

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表面技术 2018年第2期47卷 71-76页

作者：王永光陈瑶陆小龙章华苏州大学机电工程学院&苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215021 无锡市江南橡塑机械有限公司江苏宜兴214200

目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相... 详细信息

目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果渗氮样品表面化合物层厚度约10μm,硬度约为558HV。Cr N涂层表面厚度约为4μm,涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下,渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损;制备Cr N涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论在20~60 N法向载荷下,制备Cr N涂层后,40Cr钢均表现出最优异的耐磨减摩性能。

关键词： 40Cr钢齿轮 crn涂层重载荷摩擦磨损

氮流量比对直流/射频磁控溅射crn涂层耐腐蚀性的影响

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真空科学与技术学报 2013年第12期33卷 1246-1250页

作者：谈淑咏吴湘君张旭海蒋建清南京工程学院材料工程学院南京211167 东南大学材料科学与工程学院南京211189

采用直流/射频磁控溅射法,在不同氮流量比条件下制备了crn涂层。利用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计和电化学测试系统研究了氮流量比对涂层组织和性能的影响,并对涂层腐蚀机制进行了初步探讨。研究结果表明:不同氮流量比条件下,直流溅... 详细信息

采用直流/射频磁控溅射法,在不同氮流量比条件下制备了crn涂层。利用扫描电镜、X射线衍射、显微硬度计和电化学测试系统研究了氮流量比对涂层组织和性能的影响,并对涂层腐蚀机制进行了初步探讨。研究结果表明:不同氮流量比条件下,直流溅射crn涂层呈现明显的柱状晶,组织疏松,而射频溅射涂层结构都比较致密,导致射频涂层的耐腐蚀性明显优于直流涂层;在直流条件下,氮流量比为70%时的crn涂层耐蚀性最佳。

关键词：直流射频磁控溅射 crn涂层氮流量比耐腐蚀性

Pcrni3Mo钢表面磁控溅射crn涂层工艺优化及性能

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材料热处理学报 2018年第2期39卷 132-138页

作者：金浩李德元郭策安张罡沈阳理工大学装备工程学院辽宁沈阳110159 沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870 沈阳理工大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110159

采用磁控溅射技术在Pcrni3Mo钢表面沉积了crn涂层。利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜（SEM）、纳米压痕仪、X射线衍射仪（XRD）对涂层的形貌、硬度与弹性模量和相结构进行了表征,研究了基体负偏压、溅射电流和N2/Ar流量比对溅射涂层结构... 详细信息

采用磁控溅射技术在Pcrni3Mo钢表面沉积了crn涂层。利用激光共聚焦显微镜、扫描电镜（SEM）、纳米压痕仪、X射线衍射仪（XRD）对涂层的形貌、硬度与弹性模量和相结构进行了表征,研究了基体负偏压、溅射电流和N2/Ar流量比对溅射涂层结构和力学性能的影响。结果表明：在基体负偏压为100 V、溅射电流为0.2 A、N2/Ar流量比为1时溅射的crn涂层质量最佳,其硬度和弹性模量分别为21.38 GPa和272.71 GPa,较Pcrni3Mo钢基体的硬度（5.57 GPa）与弹性模量（258 GPa）明显提高。

关键词：火炮身管磁控溅射 crn涂层力学性能