TiB-,2-和Ti-B-N超硬涂層的研究.pdf

1、Ti-B-C-N 系超硬涂層具有優(yōu)良的物理、化學(xué)、機(jī)械等綜合性能，可用作軸承、汽輪機(jī)葉片、刀具、模具等量大面廣的各種工業(yè)機(jī)件的耐磨保護(hù)層。 本文首先對Ti-B-C-N 系單層、納米復(fù)合超硬涂層的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧、總結(jié)和展望；綜述了幾種涂層的制備方法，并詳細(xì)介紹了射頻磁控濺射法和反應(yīng)濺射法的基本原理。 采用射頻磁控濺射法在鋼和硅片上沉積了TiB2 涂層，采用場發(fā)射電子掃描顯微鏡（FESEM），掠射X 射線衍射（GI

2、XRD）及X 射線光電子能譜（XPS）分別研究了涂層的截面形貌，晶體結(jié)構(gòu)以及涂層中的元素和化學(xué)狀態(tài)。同時(shí)，對涂層的顯微硬度、殘余應(yīng)力、耐磨性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明, 用射頻磁控濺射制備的具有納米晶體結(jié)構(gòu)的TiB2 涂層厚度均勻，結(jié)構(gòu)致密，沿[001]晶向擇優(yōu)生長，并從熱力學(xué)方面解釋了涂層晶面的擇優(yōu)生長現(xiàn)象。沉積TiB2 涂層后，試樣的硬度大幅度提高，且具有非常低的殘余壓應(yīng)力。同時(shí)，摩擦磨損實(shí)驗(yàn)表明TiB2 涂層的耐磨性較好，經(jīng)過120mi

3、n的滑動(dòng)摩擦后，未出現(xiàn)涂層剝落現(xiàn)象。但是，如果涂層中含有鈦和硼的氧化物，則涂層性能下降。 另外，研究了基片偏壓對TiB2 涂層結(jié)構(gòu)和性能的影響。發(fā)現(xiàn)施加基片負(fù)偏壓對涂層的結(jié)構(gòu)沒有太大的影響，但顯著地提高了涂層的結(jié)合力，其結(jié)合力一般可以達(dá)到12～16N。而且，涂層的摩擦系數(shù)從0.45～0.52（未施加基片偏壓）降低到了0.14～0.16（施加了基片負(fù)偏壓）。這意味著施加偏壓顯著提高了涂層的耐磨性。另外，發(fā)現(xiàn)涂層厚度增加后，涂層的測

4、量硬度增加，可達(dá)到46GPa。 我們還利用射頻反應(yīng)磁控濺射法制備了Ti-B-N 涂層，并對比研究了未施加基片偏壓時(shí)TiB 2、Ti-B-N涂層的組織結(jié)構(gòu)、硬度、耐磨性等性能。發(fā)現(xiàn)通入10℅ N2后，涂層變的更為光滑平整，涂層結(jié)構(gòu)由納米柱狀晶轉(zhuǎn)為非晶結(jié)構(gòu)，顯微硬度比TiB2 涂層明顯降低。在室溫條件下，Ti-B-N 涂層比TiB2 涂層表現(xiàn)出更低的摩擦系數(shù)，但Ti-B-N 涂層出現(xiàn)了涂層剝落現(xiàn)象。 為了改善涂層的性能，重新