TiN/Ag涂层在真空环境下的摩擦学行为

作者：王云锋; 李永军; 李安; 陈庆春; 吴贵智^*

来源：表面技术, 2021, 50(06): 220-228.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.06.024

• 真空环境
• TiN/Ag涂层
• 摩擦
• 磨损

目的银具有低的剪切强度,可以降低涂层的摩擦磨损,在TiN硬质涂层中引入软金属Ag,以期拓展其在摩擦学领域的应用范围。方法采用多弧离子镀沉积技术,在SUS304不锈钢基底上成功制备了TiN/Ag复合涂层。利用扫描电子显微镜、纳米压痕仪、RST3划痕仪,分析了TiN/Ag涂层的微观结构和机械性能。利用CSM(大气)和HVTRB(真空)摩擦磨损试验机评估了TiN/Ag涂层的摩擦学性能。结果 TiN/Ag涂层结构致密,厚度为1.2μm,硬度约为28.4 GPa。摩擦学测试表明,真空环境下的摩擦因数远低于大气环境下的摩擦因数,大气环境下的磨损机理主要为粘着磨损与磨粒磨损,而真空环境下主要表现为机械抛光及摩擦转移膜。真空环境下TiN/Ag涂层不同载荷下的摩擦试验表明,1N载荷条件下,摩擦因数值低至0.07,且涂层发生轻微磨损;3 N载荷条件下,机械能和热应力使得摩擦界面中的Ag发生扩散,摩擦因数迅速增加到0.42左右;5 N载荷条件下,摩擦因数呈现较明显的波动,随着滑动次数的增加,摩擦因数最高达到1.0,涂层表面发生软化形成犁沟效应,而导致涂层失效。结论 TiN/Ag涂层中Ag掺杂可显著降低涂层的内应力,抑制摩擦过程中涂层微裂纹的扩展,适当载荷下能够有效地改善TiN硬质涂层真空下的摩擦学性能。

• 单位
  中国科学院兰州化学物理研究所; 固体润滑国家重点实验室; 兰州交通大学