电弧离子镀沉积TiN_AlN_TiAlN复合膜的耐磨性

《电弧离子镀沉积TiN_AlN_TiAlN复合膜的耐磨性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、《装备制造技术》2010年第2期"!!!!"!!试验与研究"!!!!"电弧离子镀沉积TiN/AlN-TiAlN复合膜的耐磨性李争显，王少鹏，潘晓龙，杜继红，王宝云，严鹏（西北有色金属研究院腐蚀与防护研究所，陕西西安710016）摘要：采用高纯铝、钛靶材，通过电弧离子镀工艺在TC4基材上沉积制备了TiN/AlN－TiAlN复合多层膜，用HV-1000型显微硬度计测试了膜层的硬度，用球盘磨损试验对比研究了膜层和基材的耐磨性。结果表明：膜层硬度为2856HV，耐磨性相比基材提高6倍以上。关键词：电弧离子镀；复合膜；耐磨性中图分类号：TG174.

2、44文献标识码：A文章编号：1672-545X（2010）02-0001-02钛合金具有比强度高、耐腐蚀性能优异、中温性能稳定等2结果及讨论优点，使其在航空工业具有广阔的应用前景[1]。但钛合金的摩擦系数大，抗粘着磨损性能差，在作为磨损部件时，容易造成2.1膜层的表面硬度部件的磨损失效[2]。因此，为提高钛合金的耐磨性，延长钛合金3500部件的使用寿命，必须对钛合金进行表面改性处理。28563000电弧离子镀技术（ArcIonPlatnig，简称AIP)，是将电弧等2500离子体应用于表面领域的一种先进的薄膜沉积技术。具有沉2000积速度

3、快、绕镀性好、膜与基体结合力高、膜层致密性好、基材1500温度低等优点[3~5]。利用电弧离子镀技术在钛合金表面沉积硬1000Micro-hardness(HV)500322度高的氮化物膜层，可增加钛合金的表面硬度，改善钛合金的0耐磨性，同时对钛合金基材的性能影响很小。TC4TiN/AIN-TiAIN本文以高纯的Ti和Al作为靶材，采用电弧离子镀技术，图1膜层与基材的表面硬度对比通过控制相应的工艺参数，在钛合金TC4表面沉积了图1为采用电弧离子镀工艺沉积的TiN/AlN-TiAlN复合TiN/AlN-TiAlN复合膜层，对比研究了复合膜层

4、和TC4基材的膜层的显微硬度测试结果，硬度值为同一个试样5个测量数据硬度及耐磨性。的平均值。从硬度测量结果可以看出，电弧离子镀工艺沉积的TiN/AlN-TiAlN复合膜层的硬度为2856HV，硬度值远远高于1试验材料及方法TC4基材，约是基材的8.9倍，表面硬度得到了明显的改善。TiN和AlN同属立方结构，TiAlN是在TiN的基础上发展试验用基材为西北有色金属研究院生产的TC4合金，经起来的，其结构保持TiN的立方结构，部分Ti原子由铝原子替机加工成30mm×30mm×5mm的试样片。电弧离子镀靶材代。由于TiN、AlN和TiAlN三者

5、同属立方结构，在复合膜层沉采用纯度为99.99％的铝靶和钛靶。镀膜前试样经机械打磨、积过程中，由于在界面处共格生长产生畸变能，增加了位错运抛光、清洗。沉积设备为SP-0810AS型多功能真空镀膜机。沉动的阻碍作用，从而提高了膜层的硬度。另外，TiN和AlN在积时，将试样装夹在试样架上，试样架以一定的速度转动，使弹性模量上存在较大差异，TiN为590kN/mm2，AlN为350试样在不同的时间面向不同的靶材。试样面向Ti靶时，在试kN/mm2，TiAlN的弹性模量介于两个之间，由于弹性模量的较样表面沉积TiN层；而面向Al靶时，可在试样表面

6、沉积AlN大差异，将阻碍位错线沿界面穿过[6~8]，有利于改善复合膜层的层；在两个靶之间时，可沉积TiAlN层。通过合理的控制试样硬度，所以采用电弧离子镀沉积的TiN/AlN-TiAlN复合膜层的架的转速及沉积工艺参数，在TC4试样表面沉积TiN/AlN－显微硬度，达到2856HV的超硬程度。TiAlN复合膜层。用HV-1000型显微硬度计，测量了复合膜层2.2膜层与基材的摩擦性能的表面硬度，测试条件为：维氏压头，载荷0.245N，保载时间图2为电弧离子镀工艺沉积的TiN/AlN-TiAlN复合膜层15s。用BD-2型球盘磨损试验机对比研

7、究了复合膜层和TC4和TC4基材磨损失重结果对比。其测试方法采用球盘磨损方基材的耐磨性，测试条件为：直径5mm刚玉球配副、压力5N、式，配副为刚玉球。复合膜层试样及TC4基材试样作为盘试磨痕轨迹直径Ф20mm、干摩擦（无润滑），利用磨损失重表征样，固定不动，刚玉球试样以一定的速度在盘试样表面做圆周耐磨性，并用扫描电镜观察了复合膜层的磨痕形貌。滑动，球试样不转动，在球和盘之间产生滑动磨损，其接触方式为球—平面接触。测试时，复合膜层试样及TC4基材试样采基金项目：广西制造系统与先进制造技术重点实验室开放基金项目（桂科能0842006_035_

8、K）作者简介：李争显（1962—），男，陕西武功人，教授，博士，主要研究材料表面技术及涂层材料。1EquipmentManufactringTechnologyNo.2，2010用相同的规格，