超硬TiSiCN纳米复合涂层在多环境下的摩擦学性能

作者：李永胜; 陈蕴博; 陆晓刚^*; 左玲立; 欧伊翔; 王浩琦; 潘鹏; 孙川; 张宝燕; 陈茹

来源：中国表面工程, 2021, 34(06): 143-150.

• 高功率脉冲磁控溅射
• TiSiCN
• 纳米复合涂层
• 摩擦学性能

TiSiCN硬质纳米复合涂层因其优异的力学性能和摩擦学性能而被广泛应用于各类机械零部件表面的防护涂层，但是超硬耐磨TiSiCN纳米复合涂层的可控制备技术仍然有待进一步研究。采用高功率脉冲磁控溅射技术，微脉冲振荡开启时间τon=50μs,平均靶功率4～8 kW,在AISI 316L不锈钢和Si(100)单晶硅表面沉积了一系列不同成分的TiSiCN纳米复合涂层。通过XRD、FESEM、TEM、Raman表征了涂层的结构和成分，采用纳米压痕仪和显微硬度计表征涂层的硬度和断裂韧性KIC。通过摩擦磨损试验机表征了涂层在不同介质环境下的摩擦学性能，利用表面轮廓仪和光学显微镜对磨痕形貌进行进一步分析。分析结果表明TiSiCN涂层由非晶包覆晶粒尺寸为4～11 nm的TiCN纳米晶构成。随着靶功率的增加，涂层的硬度从32.6 GPa增至41.3 GPa,膜-基结合力等级均为HF2～HF1。8 kW制备的TiSiCN涂层在干摩擦、酸、碱、油溶液环境下的磨损率分别为5.9×10-6 mm3N-1m-1、4.3×10-5 mm3N-1m-1、9.1×10-5 mm3N-1m-1和1.28×10-9 mm3N-1m-1。研究成果表明采用高功率脉冲磁控溅射技术制备的TiSiCN纳米复合涂层在酸、碱、油溶液环境下均具有优异的耐摩擦学性能，在各类腐蚀环境中具有优异的应用前景。

• 单位
  山东天瑞重工有限公司; 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司