多弧离子镀制备TiSiN-Cu涂层的结构和摩擦学性能

摘要

目的通过在TiSiN涂层中掺杂软金属Cu,提高TiSiN涂层的摩擦性能。方法采用多弧离子镀技术,在316L不锈钢基体上沉积TiSiN-Cu涂层。用扫描电子显微镜(SEM)观察涂层的表面形貌,用X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)来分析涂层的元素组成和相组成,通过纳米压痕硬度测试和摩擦磨损实验,表征不同Cu含量TiSiN-Cu涂层的力学性能和摩擦学性能。结果 Cu含量对TiSiN涂层的结构、硬度和摩擦性能有明显影响。Cu在涂层中主要以单质形式存在,由于与空气接触,涂层表面有少量的CuO。随着Cu含量的增加,TiN的晶粒尺寸先减小后增加,硬度先升高后降低。在Cu原子数分数为6.28%时,硬度达到最大值29.26 GPa。在干摩擦条件下,TiSiN-Cu涂层的磨损率在Cu原子数分数为12.93%时达到最低,为6.65×10-7 mm^3/(N·m)。在海水环境下,涂层的磨损率较大。结论软金属Cu作为固体润滑颗粒可以明显改善Ti Si N涂层的干摩擦性能,在海水条件下,摩擦与腐蚀的交互作用加速了涂层材料的损耗。