鋼(Cr12MoV)表面TiB2及其摻碳薄膜的制備與摩擦磨損性能的初步研究.pdf

1、二硼化鈦(TiB2)具有硬度高、熔點高、化學穩(wěn)定性好、導熱導電性好等優(yōu)異性能,這些特性使TiB2在機械零件、切削刀具等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。針對這一主題,本文所開展的探索性工作及取得的創(chuàng)新成果如下:
　　 采用優(yōu)化的室溫磁控濺射技術(shù)成功制備出摩擦磨損性能較好的TiB2／SiC雙層薄膜(SiC為中間層)。在載荷50 g、鋼球(半徑為2 mm)為對摩件、室溫干摩擦條件下,TiB2／SiC薄膜的磨損速率為10-5 mm3／Nm級,摩

2、擦磨損試驗1 min、2 min和5 min時,其平均摩擦系數(shù)值分別約為0.59、0.75和0.82,薄膜不出現(xiàn)破裂及剝落現(xiàn)象,對摩件(鋼)的元素轉(zhuǎn)移到薄膜表面。在HVI750潤滑油潤滑條件下,薄膜具有好的摩擦性能,摩擦系數(shù)約為0.10,薄膜磨損表面光滑,且不發(fā)生破裂和剝落現(xiàn)象。SiC薄膜與基材和TiB2薄膜間都具有明顯且呈梯度的元素擴散,保證了薄膜-(薄膜)-基體間的很好的結(jié)合。
　　 采用優(yōu)化的室溫磁控濺射技術(shù)成功制備出摩擦

3、磨損性能良好的TiB2-C／SiC雙層薄膜(SiC為中間層),對其納米力學行為和摩擦磨損性能進行了研究。摻入的C以sp3C-C和sp2C-C形式存在,即以類金剛石形式存在,DLC薄膜具有低的sp3／sp2比(0.18)；在載荷50 g、鋼球(半徑為2 mm)為對摩件、室溫干摩擦條件下,TiB2-C／SiC薄膜的磨損速率為10-5 mm3／Nm級,摩擦磨損試驗1 min、2 min和5 min時,其平均摩擦系數(shù)值分別約為0.33、0.33

4、和0.45,薄膜不出現(xiàn)破裂及剝落現(xiàn)象,摻C明顯降低了薄膜的摩擦系數(shù)(從0.82降低到0.45,5 min)和對對摩件(鋼)的元素轉(zhuǎn)移。分析表明,摩擦磨損性能的提高主要是因為TiB2-C薄膜中的C起到了固體潤滑作用。
　　 采用優(yōu)化的室溫磁控濺射技術(shù)成功制備出三種C元素摻雜的TiB2-C／SiC／Ti多層薄膜(Ti、SiC為中間層),對其微觀組織結(jié)構(gòu)、納米力學行為和摩擦磨損性能進行了研究。結(jié)果表明:C元素的摻入可以降低TiB2薄膜

5、的納米硬度和彈性模量,摻雜適量的C元素可以有效減小室溫干摩擦條件(Si3N4球為對摩件)下TiB2薄膜的摩擦系數(shù)。與鋼球相比,Si3N4是TiB2-C薄膜很好的摩擦副。碳的最佳濺射功率為56 W,摻入的C以sp3C-C和sp2C-C形式存在,在載荷50 g、Si3N4球(半徑為2 mm)為對摩件、室溫干摩擦條件下,TiB2-C薄膜的摩擦系數(shù)值約為0.17,此時TiB2-C薄膜與CNx薄膜有相同的摩擦化學。摻入的C以DLC形式存在,是摻入