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1、真空科学与技术学报第31卷第6期686CHINESEJOURNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLOGY2011年11、12月Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响1*222221郑康培刘平李伟马凤仓刘新宽陈小红杨丽红(1.上海理工大学机械工程学院上海200093;2.上海理工大学材料科学与工程学院上海200093)ImpactsofAlContentonMicrostructuresandMechanicalPropertiesofCrAlNCoatings
2、1*222221ZhengKangpei,LiuPing,LiWei,MaFengcang,LiuXinkuan,ChenXiaohongb,YangLihong(1.SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China;2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)
3、AbstractTheCrAlNfilmsweregrownbyDCreactivemagnetronsputteringonhighspeedsteel(M2)substrates.Theimpactsofthecoatingconditionsonitspropertieswereevaluated,andthemicrostructuresoftheCrAlNfilmswerecharacterizedwithX-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscopy(SEM),energydispersivespec
4、troscopy(EDS)andconventionalmechanicalprobes.TheresultsshowthattheAlcontentoftheAlCrtargetsignificantlyaffectstheme-chanicalpropertiesoftheNaC-ltypecubic-structuredCrAlNfilms.AsAlcontentincreases,thevariationsinthehardnessandelasticmodulusofthefilmfollowanincrease-decreasepattern.Atano
5、ptimizedAlcontentof60%(at),itsmaximumhardnessandmoduluswereestimatedtobe368GPaand4595GPa,respectively.Inaddition,thehighestwearresis-tancewasobserved,andtheabrasivewearandfrettingwearwereidentifiedasthemajormechanismsKeywordsMagnetronsputtering,CrAlNcoatings,Alcontent,Mechanicalpr
6、operty,Wearmechanisms摘要采用不同Al含量的AlCr合金靶,在高速钢(M2)上通过直流反应磁控溅射的方式沉积不同的CrAlN涂层;分别用EDS、XRD、纳米压痕仪、高速往复摩擦磨损试验机和台阶仪测量出涂层的化学成分、物相组成、力学性能、磨损性能和磨损量,研究了不同Al含量对CrAlN涂层微观结构和力学性能的影响。XRD分析表明涂层主要为NaCl结构,纳米压痕仪测得力学性能随Al含量的提升先提高后降低,在Al含量为60%时获得最高硬度和弹性模量分别为368GPa和4595GPa和最佳的磨损性能。磨损机制为磨料磨损和微动磨损。关键词磁控溅
7、射CrAlN涂层Al含量力学性能磨损机制中图分类号:TB43文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.1672-7126.2011.06.07CrN涂层因具有较高的硬度、优良的耐磨性、低[4]1000时的硬度仍有27GPa,这是目前氮化物涂的摩擦系数和残余应力以及耐蚀性等许多优点而引层红硬性的最高纪录。TiAlN为现在应用最为广泛起人们的重视,但CrN的抗氧化温度最高仅有的氮化物涂层材料,据人们对TiAlN涂层研究的报[1][5-6]650,使其不能满足高速切削和干式切削对涂层道,Al含量对其微观结构、力学性能和磨损性高热稳
