多弧离子镀制备TiAlCN和TiAlN涂层的结构和摩擦磨损性能

摘要

目的对比研究TiAlCN和TiAlN涂层的结构、塑韧性、结合力和摩擦磨损性能。方法采用多弧离子镀技术制备了TiAlCN和TiAlN涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)研究了涂层的微观形貌、元素和物相组成。通过纳米压痕、纳米划痕、划痕测试仪和摩擦磨损实验研究了涂层的硬度、塑韧性、结合力和摩擦学性能。结果TiAlCN和TiAlN涂层表面均匀致密,有明显的柱状晶结构特征。TiAlN涂层的硬度(29.4±2.2)GPa大于TiAlCN涂层的硬度(22.5±1.1)GPa。TiAlCN涂层的H/E、H^(3)/E^(*2)、塑韧性和结合强度优于TiAlN涂层。大气环境摩擦时TiAlN和TiAlCN涂层的摩擦因数分别为0.80和0.38,TiAlCN涂层的摩擦因数远低于TiAlN。TiAlN和TiAlCN的磨损率分别为1.4×10^(‒5) mm^(3)/(N·m)和9.1×10^(‒6) mm^(3)/(N·m),TiAlCN涂层具有更低的磨损率。结论碳元素的掺入可以明显改善TiAlCN涂层的塑韧性和摩擦磨损性能,这主要归因于TiAlCN涂层优异的抗变形能力和无定形碳的润滑作用。