等离子渗镀CrN基多元复合涂层及其摩擦学性能研究

来源 :安徽工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hdw1978
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本文针对模具生产中出现的粘着和磨损问题,运用等离子渗氮复合电弧离子镀技术在冷作模具钢DC 53基体上制备一系列CrMeN(C)多元复合涂层(Me=V,Mo)。系统地研究不同工艺条件下制备的涂层结构、力学性能和摩擦磨损性能,重点考察涂层成分和结构对其抗粘铝性能的影响机制。研究结果如下:(1)通过调节CrV合金靶弧流制备出不同V含量的CrVN涂层。弧流变化对V含量的影响较小(7.810.7 at.%),所制备涂层主要由面心立方的(Cr,V)N固溶相组成,呈现(111)择优取向。V元素掺入后,CrVN涂层结构更加致密,受固溶强化作用硬度提高。CrV合金靶弧流为130 A时,涂层硬度达到最大值2400 HK0.05,并具有较好的耐磨损性能(WC-Co硬质合金摩擦副)。相比CrN涂层,CrVN涂层表面粗糙度较低且摩擦过程中生成自润滑VO2相,从而明显改善抗粘铝性能。(2)碳含量对CrVN涂层结构和性能的影响较大。不同乙炔流量下制备CrVCN涂层主要由(Cr,V)(C,N))固溶相和非晶碳相构成。随着乙炔流量增加,软质非晶碳组分增多,导致涂层硬度下降。乙炔流量为75 sccm时,CrVCN涂层结合力高达67.10 N,表现出良好的耐磨损性能。随着乙炔流量提升,涂层抗粘铝性能提高,这主要是类石墨润滑相作用所致。(3)研究了基体偏压对CrMoN涂层结构和性能的影响。CrMoN主要由面心立方的(Cr,Mo)N固溶相组成,呈现(111)择优取向。由于Mo元素掺入,涂层柱状晶生长受到抑制,硬度提高,摩擦系数及磨损率降低。当基体偏压为-50V时,涂层硬度和结合力达到最高值,分别为2397 HK0.05和69.5 N,同时耐磨损性能最佳。在与铝合金摩擦过程中,随着偏压的增加,涂层因硬度下降而导致摩擦表面粘着节点减少,抗粘铝性能提高。(4)为进一步提高CrMoN涂层减摩性能,进行碳元素掺杂。所制备的CrMoCN涂层呈现随机取向结构,非晶碳组分随着乙炔流量的增加而提高。当碳含量为40.7 at.%时,涂层表现出最佳的结合力(74.0 N),过高的碳含量造成涂层表面疏松,结合力下降;由于加入碳造成CrMoN涂层硬度下降,导致涂层耐磨损性能降低,但抗粘铝性能明显提升。综上,三元CrVN、CrMoN涂层具有较佳的力学及耐磨损性能,四元CrVCN、CrMoCN涂层减摩抗粘附性能表现良好。
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