TiSiN涂層的制備及其性能研究.pdf

1、TiSiN涂層以其極高硬度、優(yōu)異的抗高溫氧化性能和熱穩(wěn)定性性能，成為表面涂層領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文采用電弧離子鍍-中頻磁控濺射復(fù)合沉積方法在YT15硬質(zhì)合金基體上制備了TiSiN系列涂層，并對(duì)其制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)、物理機(jī)械性能和摩擦磨損特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　從理論計(jì)算和有限元仿真分析入手，研究了基體材料，涂層厚度，過渡層不同時(shí)的殘余熱應(yīng)力，結(jié)果表明:有限元分析和數(shù)值計(jì)算結(jié)果差別不大，選用YT15基體膜-基結(jié)合更好，殘余熱應(yīng)力隨

2、涂層厚度增大而減小;引入金屬過渡層Ti可以明顯減小TiSiN涂層的殘余熱應(yīng)力。
　　通過控制制備時(shí)的工藝參數(shù)，在YT15基體上沉積了不同Si元素含量(S1、S2、S3、S4)，不同涂層厚度(H1、H2)和不同過渡層厚度(T1、T2)系列涂層。通過測(cè)定物理機(jī)械性能和微觀結(jié)構(gòu)，在沉積溫度200℃、基體負(fù)偏壓-150V、N2/Ar比110/60、Si靶電流4.0A、Ti靶電流65A，過渡層沉積10min、涂層沉積150min時(shí)，制備的S

3、3涂層綜合性能最佳:Si元素含量7.91％、硬度3700HV、涂層厚度2μm、過渡層厚度0.2μm，膜-基結(jié)合力46N。
　　在室溫干摩擦條件下對(duì)制備的TiSiN系列涂層進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)球-盤摩擦磨損試驗(yàn)，研究不同TiSiN涂層的摩擦磨損性能，結(jié)果表明:Si元素的加入明顯提高了涂層的耐磨性，相同摩擦條件下，S3組涂層磨損率最低，耐磨性最佳，隨著摩擦載荷的增加，摩擦系數(shù)和磨損率都呈下降的趨勢(shì)。H2涂層太厚，高速時(shí)容易剝落，相同摩擦條件下，

4、涂層厚度2μm磨損率最低，耐磨性最佳，隨摩擦速度增大，摩擦系數(shù)和磨損率呈下降趨勢(shì)。T2過渡層太厚，涂層性能反而下降，過渡層厚度在0.2μm時(shí)，綜合性能最佳。
　　通過對(duì)TiSiN系列涂層磨痕形貌的觀察，研究了不同TiSiN涂層的磨損機(jī)理，結(jié)果表明:在低載荷低速度時(shí)磨損形式主要是磨粒磨損和細(xì)小剝落;在載荷較高、速度較高時(shí)，主要磨損形式是粘著磨損，塑形變形和磨破失效。涂層太厚在高速時(shí)容易發(fā)生片狀剝落而失效，過渡層太厚，摩擦過程中涂層容