液相脈沖放電制備Ti(C,N)陶瓷涂層及其性能研究.pdf

1、液相脈沖放電沉積技術(shù)是一種低溫制備涂層的新技術(shù)，通過利用工具電極在脈沖放電條件下與液相介質(zhì)之間的復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)在工件電極表面獲得涂層。目前，關(guān)于該技術(shù)制備的涂層多數(shù)集中在利用航空煤油作為液相介質(zhì)制備金屬碳化物涂層，而利用其他液相介質(zhì)制備氮化物涂層的研究還鮮見報(bào)道。本文采用自制的含氮有機(jī)液相介質(zhì)，利用液相脈沖放電方法，將Ti電極作為工具電極，在45＃鋼基體表面制備出Ti(C，N)多元陶瓷涂層。采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM

2、)、電子探針(EPMA)、X光電子能譜儀(XPS)、透射電鏡(TEM)、涂層附著力劃痕測試儀對涂層的相結(jié)構(gòu)、元素價(jià)態(tài)、組織形貌及涂層的結(jié)合力進(jìn)行了分析和表征，利用加熱保溫法考察了涂層的熱穩(wěn)定性能。研究了涂層在常溫和高溫下的滑動(dòng)磨損特性并與PVD方法制備的TiN涂層進(jìn)行對比，分析兩種不同方法所制備的涂層的組織和磨損性能的差異。研究結(jié)果表明:
　　1.通過考察放電參數(shù)對涂層形貌的影響，得出了涂層較佳的制備工藝參數(shù):峰值電流25A，放電

3、脈沖寬度為8，脈沖間距為3，沉積時(shí)間為20 min。
　　2.在上述工藝條件下所制備的涂層主要物相為Ti(C0.3，N0.7)和少量的鐵氮化合物(FexN)，厚度約為20μm。涂層表面為不規(guī)則的放射狀突起邊緣，組織為均勻細(xì)小的等軸晶。從涂層至基體，Ti、Fe、N、C元素呈現(xiàn)梯度分布，涂層與基體之間存在元素?cái)U(kuò)散區(qū)，表明涂層與基體呈冶金結(jié)合。涂層表面顯微硬度為1780HV0.2，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到83.45N。
　　3.常溫

4、滑動(dòng)干摩擦試驗(yàn)表明:當(dāng)載荷≤20N時(shí)，兩種涂層的摩擦系數(shù)相對穩(wěn)定，涂層表面磨痕較平整，均為細(xì)小的的平行狀犁溝，磨損機(jī)制主要為輕微的磨粒磨損。在載荷≥40N時(shí)，PVD法制備的TiN涂層發(fā)生脫落失效，導(dǎo)致TiN涂層產(chǎn)生劇烈磨損。而Ti(C，N)陶瓷涂層因?yàn)榻Y(jié)合力高，涂層依然保持了較好的耐磨性能。
　　4.涂層熱穩(wěn)定試驗(yàn)表明:在600℃長期保溫下，PVD法所制備的TiN涂層因其柱狀晶組織發(fā)生晶粒粗化，導(dǎo)致涂層軟化，硬度下降。而液相脈沖放

5、電制備的Ti(C，N)涂層因其細(xì)小等軸晶組織，涂層與基體存在擴(kuò)散區(qū)，依然保持了良好的熱穩(wěn)定性能。
　　5.對兩種涂層進(jìn)行高溫磨損試驗(yàn)。結(jié)果表明:PVD法TiN涂層在400℃時(shí)磨損量較低，但在600℃時(shí)磨損量增加，耐磨性較差。而液相脈沖放電沉積制備的Ti(C，N)涂層在400℃時(shí)同樣表現(xiàn)出較低的磨損量，其磨損機(jī)制為:磨粒磨損、塑性變形及氧化磨損，但在高溫時(shí)并未發(fā)生大面積脫落失效。由于涂層制備方法的不同，Ti(C，N)涂層在高溫時(shí)組織