V-Al-C-N宽温域涂层的制备及其摩擦学行为

作者：齐帆; 张玉鹏; 王振玉; 汪爱英; 王铁钢^*; 柯培玲^*

来源：表面技术, 2022, 51(02): 77-85.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.02.008

• V-Al-C-N
• 宽温域润滑
• 力学性能
• 非晶包裹纳米晶
• V2O5

目的 设计制备用于高速切削难加工材料的长寿命刀具涂层。方法 采用三靶磁控共溅射技术，通过改变石墨靶材的溅射功率，调控不同润滑相的配比，制备具有不同C含量的V-Al-C-N纳米复合涂层。利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机，对涂层的力学性能和摩擦学性能进行检测。采用透射电镜和扫描电镜观察涂层的显微结构和摩擦磨损表面形貌，并分析其磨损机理。结果 制备了具有优异性能的V-Al-C-N纳米复合刀具涂层。当涂层中C原子数分数为29.40%时，涂层的硬度和弹性模量分别高达36.3 GPa和370.5 GPa。在室温(RT)～650℃宽温域范围内，涂层具有稳定、良好的摩擦学性能。RT条件下，涂层中的磨痕很浅，摩擦因数(COF)为0.43；在300℃工作时，对比VAlN涂层，其非晶包裹纳米晶的结构使得掺C后的COF降低了14%，至0.72，磨损机理包含磨粒磨损和氧化磨损；650℃条件下，磨痕出现大量犁沟，大量磨屑在摩擦轨道两侧被压实，此时氧化反应明显加剧，涂层表面生成V2O5润滑相，摩擦因数稳定在0.35。结论采用三靶磁控共溅射技术，在VAlN涂层中引入不同含量的C，可提高其力学性能，并在一定程度上降低涂层的高温摩擦因数。不同温度条件下摩擦因数的变化与涂层的磨损机制有关。

• 单位
  天津职业技术师范大学; 中国科学院宁波材料技术与工程研究所