微量固体润滑剂Ag、MoS2对TiAlN涂层摩擦学性能的影响

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:quzoufeng
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目前,对于TiAlN、TiAlSiN等硬质涂层各种性能的研究已经较多,存在的主要问题之一是在不改变涂层主体性能的条件下降低涂层的摩擦系数。本文采用向涂层内掺入微量的Ag、MoS2等固体润滑剂的方法来实现减磨。本文选用Al2O3为对磨材料,在温度分别为室温、200 ℃、400 ℃、600 ℃的条件下对所制备的TiAlN、不同Ag含量的TiAlAgN和TiAlAgN-TiSiN、TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2、TiAlSiN/TiAlAgN/Ti(Mo)N-MoS2等涂层进行摩擦磨损试验,研究了微量Ag、MoS2对TiAlN涂层摩擦磨损性能的影响。(1)采用电弧离子镀技术在Ar/N2气氛中制备了TiAlN及Ag含量分别为0.12at.%、0.30 at.%的TiAlAgN涂层,研究了Ag含量在0.12 at.%-0.30 at.%范围内对TiAlN摩擦学性能的影响。发现随着Ag含量的增加,涂层的厚度先增大后减小,硬度及结合力逐渐减小。XRD测试表明,TiAlN、TiAlAgN涂层均属于B1 Na Cl结构,且掺入Ag后TiAlN涂层的择优取向变为(220)面。三种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损。室温时TiAlN涂层的摩擦系数比其它两种涂层低约0.3。200 ℃时由于磨屑堆积,三种涂层的磨损率都较大,分别为0.0371×10-3mm3/(Nm)、0.0249×10-3mm3/(Nm)、0.0258×10-3mm3/(Nm)。400 ℃时两种含Ag涂层的耐磨效果较好,摩擦系数及磨损率分别为0.43、0.40和0.0202×10-3mm3/(Nm)、0.0173×10-3mm3/(Nm)。当温度为600 ℃时,固体Ag的润滑很快失效,所以此时的涂层的摩擦系数、磨损率都有所增加,并且Ag含量越高涂层的磨损率越大。(2)采用电弧离子镀技术制备了Ag含量分别为0.10 at.%、0.25 at.%的TiAlAgN-TiSiN复合涂层。结果显示TiAlAgN-TiSiN(0.10 at.%Ag)、TiAlAgN-TiSiN(0.25 at.%Ag)涂层的厚度分别为为5.78μm、7.06μm,硬度分别为2649.9(Hv0.2)、2361.0(Hv0.2);不同Ag含量的TiAlAgN-TiSiN涂层均为B1Na Cl结构,择优取向均为(220)面。两种涂层在不同温度下的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损。室温及600 ℃时TiAlAgN-TiSiN(0.10 at.%Ag)涂层比TiAlAgN-TiSiN(0.25 at.%Ag)更耐磨,400 ℃时两涂层耐磨效果最佳。此外,当Ag含量0.10 at%-0.25 at%范围内增加时,涂层的结合力下降。(3)采用磁控溅射技术在304不锈钢基材上沉积了TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层。结果表明涂层的硬度为27.56 GPa,相比于TiAlSiN涂层的硬度(29.1GPa)有所下降,但是涂层的摩擦学性能得到明显改善。在室温至600 ℃条件下TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的主要磨损机理为黏着磨损,200 ℃和400 ℃时的磨损率分别为0.0339×10-3mm3/(Nm)和0.1122×10-3mm3/(Nm),相较于TiAlSiN涂层分别降低了38%和57%,600 ℃时的磨损率接近TiAlSiN涂层。TiAlSiN-Ti(Mo)N/MoS2复合涂层的磨损性能优于单一的TiAlSiN涂层。(4)交替循环使用电弧离子镀和磁控溅射技术在不锈钢基材上沉积得到了TiAlSiN/TiAlAgN/Ti(Mo)N-MoS2多层涂层。结果表明涂层中Mo的含量为0.62 at%,Ag的含量为0.77 at%。室温、200 ℃、400 ℃、600 ℃磨损试验表明,涂层在不同温度下均以黏着磨损为主,磨损率分别为0.0517×10-3mm3/(Nm)、0.1628×10-3mm3/(Nm)、0.1080×10-3mm3/(Nm)和0.1307×10-3mm3/(Nm)。400 ℃时的摩擦系数、磨损率相比于200 ℃及600 ℃较低,多层涂层在此时的温度条件下摩擦学性能较好。
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太赫兹(THz):介于微波与红外光之间,频率:0.1~10 THz,波长为:0.03~3 mm。外加强激光场(~1013W/cm2及以上)与原子或分子作用可以产生太赫兹。超短激光脉冲和空气作用产生太赫兹已被广泛研究。太赫兹的产生有两个重要过程:第一,原子或分子核外的电子,在外加激光场的驱动下,摆脱原子核的库仑束缚,被电离。第二,被电离掉的电子在空间运动。即原子或分子核外的电子在外加激光场的作用下电