TiAlN/Mo2N纳米多层膜的微观组织结构及摩擦磨损性能研究

摘要

金属氮化物镀层是一类在刀模具表而处理中应用十分广泛的涂层材料，随着现代加工制造业的发展，尤其是高速干切削技术的进步，对镀层刀具的耐磨性提出了更高的要求，在保持氮化物高硬度的同时降低摩擦系数可以有效的延长镀层刀具的使用寿命，因此制备兼具有高硬度和低摩擦系数的金属氮化物镀层是近些年的研究热点。由于Mo的氮化物镀层在摩擦中可以生成具有润滑作用的Magneli相氧化物，因此含Mo的金属氮化物纳米多层膜因兼具有高硬度和低摩擦系数而成为了研究的热点。本文采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了具有不同调制周期和不同调制比的TiAlN/Mo2N纳米多层膜，研究了调制周期和调制比的变化对TiAlN/Mo2N纳米多层膜微观组织、力学性能和摩擦磨损性能的影响，阐述了TiAlN/Mo2N纳米多层膜的致硬机理和摩擦磨损机制。 研究结果表明：不同调制周期和不同调制比的TiAIN/M02N纳米多层膜均由面心立方结构的TiAlN和Mo2N相组成。TiAlN和Mo2N在界面处存在一定的晶格错配(f=2.8％)，形成了共格外延生长的超晶格结构。与TiAlN薄膜相比，不同调制周期的TiAlN/Mo2N纳米多层膜具有更高的硬度和更低的摩擦系数。调制周期的增大，TiAlN/Mo2N纳米多层的硬度先减小后升增大，在调制周期Λ=2.5nm时出现了硬度的最大值，为36.3±2.9GPa;随调制周期的增大，摩擦系数在0.28～0.31之间波动。 随着调制比的增大，TiAlN/Mo2N纳米多层膜沿(111)面出现了明显的择优生长优势，纳米多层膜的硬度先升高后降低，当调制比为1∶0.8时硬度值最大，为40.0±0.9GPa；摩擦系数先减小后有小幅度增大，当调制比为1∶2.8时，纳米多层膜的摩擦系数最低，其值为0.24。 室温下不同调制周期和不同调制比的TiAlN／Mo2N纳米多层膜的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。硬度的提升有效的减少了黏着效应，高硬度和低摩擦系数使TiAlN／Mo2N纳米多层膜的耐磨性得到了改善；当测试温度升高到400℃时，纳米多层膜的摩擦系数较高，其值为0.7左右，TiAlN／Mo2N纳米多层膜的主要磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损；当测试温度进一步升高到600℃时，TiAlN／Mo2N纳米多层膜的摩擦系数最低，其值在0.2以下，磨损机制以黏着磨损和氧化磨损为主，伴随有一定的磨粒磨损。在25℃～600℃范围内，随着温度的升高，TiAlN/Mo2N纳米多层膜的磨损率逐渐增大。

目录

第一个书签之前