调制周期对ZrN/TiCuN纳米多层涂层的微观结构与力学性能的影响

摘要

为了系统研究电弧离子镀技术制备的纳米多层涂层的微观结构与力学性能的关系,通过调节样品转速,制备了不同调制周期的ZrN/TiCuN纳米多层涂层.利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及纳米压痕仪,分析了多层涂层的微观形貌、化学成分、相结构和力学性能以及多层涂层界面的微观结构对涂层力学性能的影响.结果表明,Zr N/TiCuN纳米多层涂层属于典型的电弧离子镀涂层表面形貌.随着调制周期减小,纳米单层厚度变薄,涂层表面形貌及厚度变化不明显;涂层中Zr、Ti的含量先降低后略有升高,而N含量的变化与之相反,且所有多层涂层和单层涂层都呈现出过化学计量比(N/Zr或N/Ti);多层涂层中ZrN(200)衍射峰强度逐渐减小,硬度逐渐提高,在调制周期最小时硬度达到最大值31.5 GPa;Zr N/Ti CuN多层涂层界面处存在大量共格结构,且连续贯穿几个相邻涂层,在涂层界面处可以发现较多位错.随着调制周期减小,膜层更均匀.在多层涂层结构中,降低涂层厚度、增加共格结构的界面可有效增加纳米多层涂层的硬度.