O2/Ar流量比及退火对氧化锆薄膜结构及摩擦学性能的影响

作者：许文举; 鞠鹏飞; 李红轩; 吉利; 刘晓红; 陈建敏^*

来源：中国表面工程, 2020, 33(05): 65-74.

• 多弧离子镀
• 氧化锆薄膜
• 退火处理
• 力学性能
• 摩擦学性能

采用多弧离子镀(MAIP)方法在Inconel 718高温合金基体上沉积了氧化锆(ZrOx)薄膜,并对该薄膜进行了800℃退火处理;研究了O2/Ar两种气体流量比RO2/Ar(0.25、0.43、0.67、1.00、1.50)及退火处理对沉积态薄膜的微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响。结果表明:随着RO2/Ar从0.25升高到1.50,沉积态薄膜的主要物相组成由不稳定的锆的氧化物(h-ZrO0.35、h-ZrO2、h-Zr3O)逐渐转变为稳定的m-ZrO2,薄膜截面结构由起初疏松的柱状晶逐渐转变为排列致密的柱状晶,薄膜硬度逐渐升高,O2/Ar比为1.50时最大为16.7 GPa。低RO2/Ar下沉积的薄膜摩擦学性能很差,很快磨穿失效。当RO2/Ar超过0.67时,薄膜的摩擦寿命显著提高,RO2/Ar为1.50时薄膜磨损率最低为1.45×10-6mm3/(N·m)。沉积态薄膜经过退火处理后主要物相转变为m-ZrO2,薄膜表面变得更加光滑致密,薄膜硬度、弹性模量以及摩擦学性能均较退火前明显改善。

• 单位
  中国科学院兰州化学物理研究所; 中国科学院大学; 上海航天设备制造总厂