直流复合高功率脉冲磁控溅射VAlN-Ag涂层的宽温域摩擦特性研究

作者：张玉鹏; 王振玉; 汪爱英; 柯培玲^*

来源：摩擦学学报, 2023, 1-19.

DOI：10.16078/j.tribology.2022265

• HiPIMS技术
• VAlN-Ag复合涂层
• 宽温域摩擦
• 润滑
• 元素扩散

通过直流磁控溅射(DCMS)复合高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备了VAlN/VAlN-Ag复合涂层，调控HiPIMS靶功率控制Ag含量变化范围(11.4 at.%、19.8 at.%、24.5 at.%)，探究了涂层在25 ℃、300 ℃、650 ℃温度的摩擦学性能。在室温摩擦条件下，三种涂层的摩擦系数(COF)均较高，当温度升高至300 ℃和650 ℃时，COF随Ag含量增加而降低，高Ag含量(24.5 at.%)涂层COF最低，分别为0.45和0.23。磨损率随温度升高而增加，宽温域环境中，力学性能最优的S1涂层具有最低的磨损率，使复合涂层在宽温域内表现出良好的摩擦学性能。复合涂层的物相结构、元素价态和化学键在中低温摩擦环境中无明显变化；经650 ℃摩擦后，涂层表面发生摩擦化学反应，V、Ag元素的价态升高，生成层状结构的AgVO3、Ag3VO4高温润滑相，有效降低涂层的COF。高温摩擦过程中伴随着元素扩散，涂层内部微结构演变成由致密Al2O3层包裹双金属润滑相的表层结构，V2O5和NiO为的主中间层，Ti主导的过渡层结构。高温磨损机制表现为粘着磨损和氧化磨损。

• 单位
  中国科学院; 中国科学院宁波材料技术与工程研究所