碳含量对TiAlCN涂层结构和摩擦学性能的影响

作者：刘克; 刘翔; 李金龙

来源：Surface Technology, 2021, 1-17.

• TiAlCN涂层
• 多弧离子镀
• 纳米晶
• 非晶
• 摩擦系数

目的 探索具备低摩擦系数和高硬度、高弹性模量和高耐磨性的TiAlCN涂层。方法 采用多弧离子镀技术在F690钢表面沉积具有不同碳含量的TiAlCN涂层。通过扫描电镜（SEM），激光共聚焦显微镜，拉曼光谱仪，透射电子显微镜，X射线衍射仪（XRD），X射线光电子能谱仪（XPS），纳米压痕仪，往复式摩擦磨损仪和台阶仪对涂层的结构，硬度，弹性模量和摩擦磨损性能及磨痕形貌分析。结果 碳含量对TiAlCN涂层的结构，硬度和摩擦学性能有比较明显的影响。涂层表面粗糙度会随着涂层中碳含量的增加而逐渐增大。此外，涂层的组成主要为fcc-TiN，fcc-TiC和hcp-AlN。并且随着涂层中碳含量增加，涂层的晶粒取向由（111）变化为（200），同时涂层中的非晶含量也逐渐增加，涂层的纳米硬度及弹性模量也随之下降。碳含量为15.57wt.%的TiAlC80N320涂层具有最高36.21GPa的硬度和430.15GPa的弹性模量。在干摩擦条件下，TiAlC80N320涂层具有最低的磨损率，为2.85×10-6mm3/（Nm）。而TiAlC160N320涂层具有最低的摩擦系数，但是具有最高4.31×10-6mm3/（Nm）的磨损率。结论 涂层中碳含量增加会导致涂层中非晶含量增加，涂层的硬度， 弹性模量和耐磨性会随之降低，涂层的摩擦系数降低。

• 单位
  中国科学院宁波材料技术与工程研究所; 材料科学与工程学院; 昆明理工大学