磁控濺射CrCN鍍層微觀組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能研究.pdf

1、本文采用磁控濺射法通過改變碳靶電流和氮?dú)饬髁恐苽淞瞬煌己亢筒煌康腃rCN鍍層。采用XPS、TEM、SEM對(duì)鍍層的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析;并利用顯微硬度計(jì)、球.盤式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試了鍍層的顯微硬度及摩擦磨損性能。分析了碳含量和氮含量改變對(duì)CrCN鍍層微觀結(jié)構(gòu)的影響,總結(jié)了碳含量和氮含量改變對(duì)CrCN鍍層力學(xué)性能的影響規(guī)律;探討了CrCN鍍層顯微硬度和摩擦學(xué)特性的影響機(jī)理,結(jié)果表明:鍍層中Sp3 C-C鍵的含量及鍍層的

2、結(jié)構(gòu)顯著影響鍍層韻顯微硬度,鍍層中Sp2C-C鍵的含量及碳的彌散分布程度顯著影響鍍層的摩擦學(xué)特性。
　　研究結(jié)果表明:CrCN鍍層中的碳元素主要以Sp2 C.C鍵、Sp3C.C鍵和C-Cr鍵的形式存在;隨碳靶電流從0逐漸增大至1.5A的過程中,CrCN鍍層中Sp2 C-C鍵的含量逐漸增加,Spa C.C鍵的含量先升高后降低;非晶態(tài)石墨在鍍層中的連續(xù)性增強(qiáng)導(dǎo)致鍍層的晶化程度逐漸降低且CrN的平均晶粒尺寸由80nm減小至10nm(此時(shí)

3、,CrN納米晶彌散鑲嵌于非晶態(tài)石墨中形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu));CrCN鍍層的顯微硬度因受Sp2 C-C鍵和Sp3 C-C鍵以及晶粒細(xì)化綜合作用而呈現(xiàn)先升高后降低,在.Ic=1.2A時(shí)達(dá)到了最大值2180HV,說明鍍層中Sp3 C-C鍵含量對(duì)顯微硬度的影響較大;伴隨Sp2鍵對(duì)應(yīng)的非晶態(tài)石墨含量的增大和連續(xù)性增強(qiáng),CrCN鍍層的摩擦系數(shù)和磨損率均呈逐漸降低的趨勢(shì),在lc=1.5A時(shí)摩擦系數(shù)降為原來的54-2％,為0.28,磨損率為原來的47.4％

4、。
　　隨氮?dú)饬髁繌?逐漸增加到15Sccm的過程中,CrCN鍍層中Sp2 C-C鍵的含量逐漸降低,Sp3 C-C鍵和Cr-N鍵的含量逐漸升高;鍍層的晶化程度逐漸提高且鍍層的晶粒尺寸逐漸增加,在氮?dú)饬髁繛?5Sccm時(shí)晶粒尺寸達(dá)到最大值20nm,鍍層的擇優(yōu)取向由Cr(110)向CrN(200)轉(zhuǎn)變;CrCN鍍層的顯微硬度受鍍層中Sp3 C.C鍵、cr-N鍵等硬質(zhì)相及晶粒尺寸的影響呈先升高后降低,在氮?dú)饬髁繛?0 Sccm時(shí)達(dá)到了最