碳含量对中频磁控溅射沉积MoCN涂层微观结构及摩擦学性能的影响

作者：李卫; 李德香; 鲁志杰; 刘叶诚; 吕笑文; 徐志彪^*

来源：表面技术, 2023, 52(04): 184-191.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.04.015

• 中频磁控溅射技术
• 纳米复合涂层
• MoCN
• 微观结构
• 力学性能
• 摩擦学性能

目的 为了大幅提高机械零部件表面的硬度和耐磨性能，探究制备具有低摩擦因数、高硬度和良好耐磨性的MoCN涂层。方法 采用中频磁控溅射技术在不锈钢基板和硅片上，通过控制C2H2气体(纯度99.99%,0、3、6、9 mL/min)的量来制备具有不同含碳量的MoCN纳米复合涂层。通过X射线衍射仪和拉曼光谱仪分析涂层主要的物相结构，采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征涂层的表面和断面形貌。采用连续刚度法，利用纳米压痕仪测试涂层的纳米硬度和弹性模量。利用自动划痕试验机和光学显微镜(OM)评估涂层与基体之间的黏附强度。最后利用多功能摩擦磨损试验机进行磨损试验，通过SEM对试验后的涂层进行磨损形貌分析，并对涂层的摩擦学性能进行评价。结果 涂层微观组织和力学性能表征结果表明，MoCN涂层由MoN相和非晶态碳相组成。随着涂层中碳含量的增加，涂层与基体之间的结合力和涂层表面的粗糙度都呈现逐渐减小的趋势，其涂层的划痕失效临界载荷和表面粗糙度的最小值分别为6.90 N和6.80 nm，但是涂层的纳米硬度从7.36 GPa增至10.23 GPa。摩擦磨损试验结果表明，随着涂层中碳含量的增加，试验中的摩擦因数逐渐降低，最小为0.51。磨损表面的损伤程度逐渐减低，涂层的耐磨性能提高，其主要磨损机制为黏着磨损、磨粒磨损和剥落。结论 随着涂层中碳含量的增加，涂层的柱状生长模式逐渐细化，形成了致密的微观结构，其力学性能和摩擦学性能逐渐提高。

• 单位
  岭南师范学院; 机电工程学院; 五邑大学