TiAlSiCN涂层的制备和性能研究

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为了满足规模化工业生产需求,综合性能优异的硬质涂层具有非常重要的应用价值。TiN、TiCN、TiSiN、TiAlN和TiAlCN涂层已经大量研究应用,但各自缺点限制了应用范围。TiAlSiCN有望兼备多种涂层的优点,适应更为复杂的工况条件。然而,TiAlSiCN涂层元素成分多、结构复杂,对其溅射沉积过程、组织结构和性能缺乏深入了解,针对现状,对TiAlSiCN涂层制备工艺开展系统性研究,具有非常重要的意义。本文旨在通过射频磁控溅射法制备TiAlSiCN涂层,探讨工艺参数对其组织结构和性能的影响。采用TiAl(50 at.%+50 at.%)合金靶、石墨靶和Si靶以拼靶的方式进行溅射沉积涂层,探究Si含量和N2流量对TiAlSiCN涂层的组织结构和性能的影响;通过微观结构分析,TiAlSiCN涂层内部为nc-fcc-(TiAl)(CN)/a-SiNXCY纳米复合结构;少量的成分变化会导致TiAlSiCN涂层的结构发生显著变化,Si、N含量升高,涂层内部向非晶化转变;在N2 0.5 sccm、C 120°、Si 15°条件下制备出硬度超过3650 HV(10g)的硬质TiAlSiCN涂层。采用TiAlSi(40 at.%+50 at.%+10 at.%)合金靶和石墨靶以拼靶的方式进行溅射沉积涂层,探究基底温度、N2流量和C含量对TiAlSiCN涂层的组织结构和性能的影响;500℃时涂层硬度和结合力等综合性能表现最佳;通过微观结构分析,低N(C)含量的条件下涂层内部主要相为fcc-(TiAl)(CN)和hcp-(TiAl)(CN),随着N(C)含量升高,涂层内部晶相最终转化为hcp-(TiAl)(CN),此外,适当提高N(C)含量可以提高涂层的结合力。研究了TiAlSiCN复合涂层在高温摩擦磨损试验中力学性能的表现,结果表明性能优化的涂层在500℃摩擦磨损试验中表现良好。
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