关键词:
高功率脉冲磁控溅射
纳米涂层
TiN
TiAlSiN
腐蚀磨损
摘要:
为了探究高功率脉冲磁控溅射制备TiN和TiAlSiN纳米涂层的腐蚀磨损性能和磨损机理,采用高功率脉冲磁控溅射技术在AISI 304不锈钢基体表面沉积了TiN及TiAlSiN涂层。采用X射线衍射仪对涂层相结构进行分析;采用纳米压痕仪测试涂层的纳米硬度和杨氏模量;采用微米划痕仪测试2种涂层的结合力;采用电化学原位腐蚀磨损仪研究了涂层在空气介质和在NaCl水溶液中的腐蚀磨损性能。结果表明:2种涂层具有相似的面心立方结构特征,表面结构光滑致密。TiN涂层硬度为19.3 GPa,TiAlSiN涂层硬度增至38.1 GPa。TiAlSiN涂层的划痕结合强度失效临界载荷为27 N,是TiN涂层的2倍多,划痕形貌光滑,并且未发生剥落失效。在相同的磨损条件下,TiN涂层发生严重剥落并导致摩擦系数波动,磨损机制为严重的磨粒磨损。TiAlSiN涂层磨痕呈现细小犁沟,磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损的复合机制。此外,TiAlSiN涂层表现出比TiN涂层更强的水润滑性能,摩擦系数为0.1,开路电位为-0.088 V。综上,TiAlSiN涂层相较于TiN涂层显示出更高的硬度和韧性,提高了对抗裂纹萌生和扩展的能力,同时表现出优异的耐腐蚀磨损性能。