张文勇
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孙德恩
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裴晨蕊
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张世宏
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黄佳木
表面技术
doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2016.01.009
目的 研究调制周期对纳米多层膜性能的影响. 方法 采用磁控溅射方法制备了CrAlN与ZrN的固定厚度比为2. 6,不同调制周期(Λ为6,8,10,20 nm)的CrAlN/ZrN纳米多层膜. 利用场发射扫描电镜( FESEM)表征薄膜的形貌、结构. 用Dektak150型台阶仪测薄膜表面粗糙度. 用Agilent Technologies G200纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量. 用划痕仪测薄膜/基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数( CPR)表征纳米多层膜的韧性. 结果 CrAlN/ZrN纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构,调制周期为20 nm时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为2 μm. 调制周期为8 nm时,硬度为20. 4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降. 调制周期为8 nm的多层膜临界载荷Lc2为18 N,CPR值为73. 2,Lc2与CPR值均高于其他调制周期的多层膜. 在临界载荷Lc2处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用. 结论 实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性. 随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势. 调制周期为8 nm时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好.
关键词:
CrAlN/ZrN纳米多层膜
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磁控溅射
,
调制周期
,
硬度
,
韧性
裴晨蕊
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孙德恩
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Sam Zhang
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黄佳木
中国表面工程
doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.02.001
硬质陶瓷涂层一般硬度高,但韧性差,在受到较大外加冲击荷载作用时容易产生裂纹并引发失效,从而限制了硬质涂层在工程领域的应用.硬质涂层的增韧研究是当前硬质涂层研究的热点之一.常见硬质涂层增韧方法中,有些是以降低硬度为代价来提高涂层韧性,比如第二相增韧;有些是通过优化涂层结构设计,减小缺陷尺寸,在不损失涂层高硬度的前提下,提高韧性,获得兼具高硬度和高韧性的涂层;有些是通过相变(晶体结构转变)提高涂层的韧性.通过优化涂层结构设计,改变涂层晶粒尺寸、晶界尺寸与复杂程度等,使涂层致密化,从而提高涂层硬度与韧性,从而获得增韧效果,成为研究者越来越关注的焦点.单一增韧方法的局限性,可以通过多种增韧方法协同作用获得突破,协同增韧已成为硬质涂层增韧发展的趋势.目前硬质涂层的韧性评估还没有一个公认的方法,从简单实用出发,常用的有微悬臂梁弯曲法、划痕法和压痕法.
关键词:
韧性
,
硬度
,
多层膜结构
,
硬质涂层
梁斐珂
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孙德恩
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陈思琦
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黄佳木
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裴晨蕊
中国表面工程
doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.06.008
为了研究不同结构铬掺杂碳基薄膜在高温下与铝合金的磨损机理,采用非平衡磁控溅射在YT15刀具表面沉积Cr/CrC/DLC单周期和Cr/(CrC-DLC)n多周期多层膜,在24、200和400℃下与A319和A390铝合金进行摩擦试验.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、纳米压痕仪、拉曼光谱仪、销盘磨损仪对薄膜的形貌结构、力学和摩擦学性能进行测试.研究表明:多周期多层膜结构打断薄膜柱状生长,提高膜基结合力.两种薄膜表面粗糙度和硬度分别为4.3 nm和5.4 nm、9.8 GPa和9.0 GPa.磨球表面转移层由硅、石墨以及剥落的薄膜碎片组成,连续的转移层降低摩擦因数;但随着温度升高,转移层的连续性被破坏,导致摩擦因数升高.在高温摩擦过程中,多周期多层膜磨损逐渐释放出DLC子膜层,通过DLC子膜层的石墨化转变来保持低摩擦因数,提高薄膜寿命.薄膜磨损由室温的磨料磨损转变为高温的粘着磨损和犁沟磨损,其中由于A390含有初晶硅使磨损以犁沟磨损为主.
关键词:
碳化铬
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类金刚石
,
摩擦因数
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高温磨损
,
铝合金
