H13模具钢表面磁控溅射CrNiTiAlN涂层的性能研究

• 作 者: 田正磊
• 机 构: 浙江工业大学
• 出 处: 浙江工业大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 非平衡磁控溅射 CrNiTiAlN涂层 微观结构 力学性能 摩擦磨损性能

本文利用闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备在H13钢基体上沉积得到了CrNiTiAIN新型五元复合涂层。采用SEM、EDS、XRD等一系列测试手段对涂层的形貌、成分和相结构进行了表征和分析;测试了涂层的厚度、显微硬度、韧性、结合强度、摩擦磨损等性能。主要考察了不同Ni靶电流和不同基体硬度对CrNiTiAIN涂层组织结构及各项性能的影响。研究发现:　　
(1)Ni靶电流对CrNiTiAlN涂层的形貌、成分和相结构有明显影响，随Ni靶电流增大(0～5A):涂层表面晶粒细化，并出现弥撒分布的富Ni区;涂层中Ni含量上升(0～26.57at％)，Cr(43.12～31.29at％)、N(47.03～33.06at％)含量相应下降;涂层择优取向由应变能最低的(111)晶面逐步转变为应变能较高的(200)晶面。　　
(2)CrNiTiAlN涂层厚度随Ni靶电流增大波动较小，所有涂层厚度都在3.3～3.6um之间;所得涂层的显微硬度都远远高于基体，Ni靶电流为3A时涂层硬度最高，可达2585HV;涂层硬度随Ni靶电流增大，先轻微上升，而后便急剧下降;随Ni靶电流增大，涂层韧性呈现先变好后变坏的趋势，Ni靶电流为3A时涂层表现出最好的韧性，Ni含量较高的两组涂层韧性好于Ni含量较低的两组涂层;Ni靶电流在0～3A的范围内对涂层的膜/基结合强度影响不大（Lc维持在60N左右），当Ni靶电流为5A时，Lc降到了55N;高硬度基体对涂层的承载能力较强，硬基体涂层的基本力学性能明显好优于软基体涂层。　　
(3)CrNiTiAlN涂层的摩擦磨损性能随Ni靶电流的增大先变好后变坏，磨损机制由粘着磨损向磨粒磨损转换，综合基本力学性能最优的涂层（Ni靶电流为3A）最耐磨。