反應磁控濺射法制備Ti(C,N)鍍層的組織結構與性能研究.pdf

1、本文采用反應磁控濺射技術并選擇石墨靶材作為鍍層生長中所需的碳源,制備了一系列碳含量不同的Ti(C, N)鍍層。使用X射線衍射、掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜對所制備鍍層的相組成、晶體結構、成分及微觀組織進行了檢測與分析；使用維氏顯微硬度計、洛氏壓痕和銷盤試驗機對所制備鍍層的硬度、結合強度以及摩擦磨損性能進行了測試。研究結果表明：所制備的TiN鍍層和Ti(C, N)鍍層具有致密的柱狀顯微組織而TiC鍍層具有納米晶和少量非

2、晶的混合組織,同時,Ti(C, N)鍍層和TiC鍍層還具有典型的層周期僅為幾納米的多層結構。石墨靶材電流的變化對Ti(C,N)鍍層的相組成及結構有很大影響,隨石墨靶材電流的增加,鍍層內晶體相逐漸由富TiN相轉變?yōu)楦籘iC0.7N0.3相,在高的石墨靶材電流下,還出現了TiC相,并且Ti(C, N)鍍層內還存在少量價鍵結構為sp2 C-C的碳單質。Ti(C, N)鍍層微觀組織隨石墨靶材電流增加逐漸由細小的柱狀組織轉變?yōu)榧{米顆粒鑲嵌在非晶基

3、體的納米復合組織,增加石墨靶材電流不僅明顯細化了鍍層內晶粒尺寸而且也減少了納米復合鍍層內納米顆粒數量。多層Ti(C,N)鍍層在多層周期厚度較小時鍍層仍為柱狀生長,而隨著石墨靶材電流的增加多層周期厚度逐漸增大并且鍍層內柱狀組織逐漸消失。Ti(C, N)鍍層具有高硬度(44 GPa)、和基體良好的結合以及低的摩擦系數(0.25),這些性能與鍍層內細小的晶粒尺寸以及鍍層內存在少量的sp2 C-C的碳單質有關。少量石墨相的出現并沒有降低Ti(C

4、, N)鍍層的硬度,這是因為鍍層的納米多層結構不僅明顯增加了鍍層的硬度而且當承受加載時能有效釋放應力集中從而增加鍍層的結合強度。Ti(C, N)鍍層的這些優(yōu)異的綜合力學性能及獨特的組織結構使鍍層還具有優(yōu)異的抗磨損性能,與TiN鍍層和TiC鍍層相比,體積比磨損率降低了一個數量級。相比于Ti(C, N)鍍層,Ti(C, N)/GLC復合鍍層表現出了更優(yōu)異的抗磨損性能,這不僅因為底層Ti(C, N)鍍層的高硬度及良好的結合性能,還與表層GLC