添加Y对电弧离子镀TiAlN薄膜结构和摩擦磨损性能的影响

摘要

目的为进一步提高电弧离子镀TiAlN薄膜的摩擦磨损性能,研究添加元素Y对Cr Ni3MoVA钢表面电弧离子镀Ti Al N薄膜微观组织结构、硬度、弹性模量及摩擦磨损性能的影响。方法采用Ti-50Al和Ti-49Al-2Y合金靶,利用电弧离子镀技术在Cr Ni3MoVA钢表面制备两种氮化物薄膜,利用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机分别测试了两种薄膜的硬度、弹性模量和摩擦系数,并用SEM、TEM、EDS、GIXRD分析了两种薄膜磨损前后的形貌、成分、相结构。结果添加Y降低了TiAlN薄膜的晶粒尺寸,使其由柱状晶结构转变为近似等轴晶结构。Ti Al YN薄膜的硬度较TiAlN薄膜提高了约25%,其弹性模量与TiAlN薄膜相近。与Si3N4对磨时,在加载载荷为20 N、往复行程为10 mm、往复速率为400 r/min的条件下,TiAlN薄膜的稳定摩擦系数为0.70~0.75,而TiAlYN薄膜的稳定摩擦系数为0.60~0.65,Ti Al YN薄膜的磨损率较Ti Al N薄膜的磨损率减小了约47%。Ti Al N薄膜与Ti Al YN薄膜的主要磨损机制均为刮擦磨损,TiAlN薄膜的失效机制主要是脆性裂纹导致的剥落。结论添加Y对Ti Al N薄膜具有明显的减摩耐磨作用,并提高了Ti Al N薄膜在摩擦磨损过程中的抗开裂和抗剥落性能。