材料热处理学报

2024, v.45;No.292(10) 144-153

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TiN/DLC和NiN/DLC涂层的组织结构及摩擦磨损性能
Microstructure and tribological performance of TiN/DLC and NiN/DLC coatings

张树玲,武帅政,杨相栋,马兴华,郭峰,张波

摘要(Abstract):

采用磁控溅射沉积技术在316L不锈钢基体上分别沉积了以TiN和NiN为过渡层的类金刚石(Diamond-like carbon, DLC)涂层。采用扫描电镜、拉曼光谱仪、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦磨损试验机分析了DLC涂层的表面质量、组织结构和摩擦磨损性能。结果表明:NiN/DLC涂层表面颗粒及孔洞等沉积缺陷数量多,Ni和N共同沉积作为中间过渡层时,Ni多以金属单质的形式存在于DLC和基体之间,而由于金属基体结构及Ni的存在,提高了基体和过渡层间的界面匹配性,使得NiN/DLC涂层膜基结合强度高,接合力达到14.91 N;但Ti与N共同沉积作为过渡层时,Ti和C结合形成金属碳化物存在于DLC和基体之间,这有利于涂层密度(1.929 g/cm~3)和硬度的提高;而且高硬度金属碳化物的形成也有利于涂层变形能力的改善,并利于DLC结构的非晶化及促进sp~3-C键的形成。磨擦磨损分析则表明,无论是在干摩擦、去离子水中还是弱酸(pH=5.6的HCl溶液)工况下,NiN/DLC涂层由于硬度低、组织密度低导致涂层的抗摩擦磨损能力和耐腐蚀能力差;而TiN/DLC涂层具有更低的磨擦系数和磨损量,耐磨、抗磨和耐蚀性能优异。以上实验分析说明具有更高硬度的Ti的氮化物和碳化物作为过渡层能够更好地改善DLC涂层结构和摩擦磨损性能,而Ni为过渡层能够有效提高NiN/DLC涂层的膜基结合强度,但涂层磨擦过程中容易脱落失效。

关键词(KeyWords): 类金刚石涂层;摩擦系数;硬度;结合力;磨损量

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(52375189)

作者(Author): 张树玲,武帅政,杨相栋,马兴华,郭峰,张波

DOI: 10.13289/j.issn.1009-6264.2024-0243

参考文献(References):

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