不同过渡层结构对Cr-DLC复合涂层性能影响研究

摘要

为了改善大载荷工况下零件的耐磨损性能,提高其使用寿命,采用阴极真空电弧离子镀和微波等离子体辅助化学气相沉积复合工艺在轴承钢(9Cr18)表面制备了无承载过渡层、(Cr/CrN)x周期承载过渡层和CrN1…CrNx梯度承载过渡层三种结构的Cr-DLC复合涂层。通过拉曼光谱(Raman)和X射线衍射仪(XRD)研究了不同Cr靶电流下Cr-DLC涂层的化学成分和结构,采用扫描电镜(SEM)观察了涂层的微观结构,并采用纳米压痕、显微划痕和摩擦磨损试验对复合涂层的力学性能和摩擦学性能进行了评价。结果表明,Cr掺杂DLC涂层中镶嵌了CrC晶粒,涂层的纳米硬度可达30 GPa以上;带有梯度CrNx承载层的Cr-DLC复合涂层的力学性能和耐磨性能最好,与基底的结合强度可达52 N,磨损率为13.8×10-7mm3/(N·m),是基底材料的1.5%;大载荷摩擦试验表明,有梯度承载层的Cr-DLC涂层在800 N载荷下可保持1000 s内不被破坏;Falex试验表明,有梯度承载过渡层的Cr-DLC复合涂层的最大承载能力达到5000 N。