【摩擦磨损与润滑】河南科技大学薛玉君教授团队：沉积压力对石墨共溅射沉积(AlTiVCrNb)CxNy涂层结构及摩擦学性能的影响
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2024-11-25 18:02
重庆
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精密轴承作为航天装备的重要组成部分，其性能优劣直接影响着航天设备的整体性能。在复杂苛刻的工况下，精密轴承所要承受的耐久性、运转平稳性和工作可靠性需要进一步提升。在航天应用中，摩擦磨损引起的失效问题是轴承性能面临的关键问题，解决这一问题对于研发高性能轴承传动件具有重要意义。采用现代表面改性技术，在轴承接触表面制备良好性能的涂层，是确保航天发动机轴承在复杂工况下正常运行的有效手段。在磁控溅射制备高熵合金涂层的过程中，工艺条件对涂层性能有较大影响，例如基体偏压、石墨靶功率、反应气体流量等。其中，沉积压力值的变化影响溅射粒子的自由度，而自由度的变化会影响溅射粒子到达基体前的碰撞次数和概率，从而影响涂层的微观结构和性能。为了进一步提升高熵合金氮化物涂层的摩擦学性能，在高熵合金氮化物涂层中引入碳元素，有望满足轴承在复杂苛刻工况下的减摩需求。河南科技大学薛玉君教授团队采用非平衡磁控溅射技术，在(AlTiVCrNb)N涂层中引入碳元素，制备(AlTiVCrNb)CxNy涂层，通过分析涂层的微观结构及力学性能，来进一步研究工艺条件沉积压力（De）变化对(AlTiVCrNb)CxNy涂层摩擦学性能的影响。
关键词：磁控溅射；沉积压力；(AlTiVCrNb)CxNy涂层；摩擦学性能1）沉积压力的变化对(AlTiVCrNb)CxNy涂层的结构有较大影响，在沉积压力为0.4 Pa时，涂层的致密性最优。(AlTiVCrNb)CxNy涂层中的物相由FCC陶瓷相、非晶合金相、非晶碳相及碳化物纳米晶相组成，碳元素以非晶碳相及碳化物形式存在涂层中。2）随着沉积压力的变化，(AlTiVCrNb)CxNy涂层的硬度呈现出先升高、后降低的趋势，涂层具有较优良的力学性能，涂层的H/E最小值0.094，最大值0.113，H3/E2最小值为0.153，最大值0.271。在沉积压力为0.4 Pa时，(AlTiVCrNb)CxNy涂层具有最高的硬度21.23 GPa、H/E为0.113、H3/E2为0.271，具有优良的抗塑性变形能力。3）沉积压力的改变影响涂层的摩擦学性能。在沉积压力为0.4 Pa时，承受载荷为5 N时，涂层具有较优异的摩擦磨损性能，涂层平均摩擦因数及磨损率最低分别为0.261，0.69×10–6 mm3/(N·m)。磨损过程中对摩球接触部位伴随着氧化磨损，在接触副表面生成氧化膜以及涂层中的sp2团簇在磨损过程中在对摩球对偶面上形成碳转移膜，改善了涂层的摩擦学性能。该文章发表在《表面技术》第53卷第19期。
引文格式：张英豪, 侯雪滨, 蔡海潮, 等. 沉积压力对石墨共溅射沉积(AlTiVCrNb) CxNy 涂层结构及摩擦学性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(19): 61-69.
ZHANG Yinghao, HOU
Xuebin, CAI Haichao, et al. Effect of Deposition Pressure on Microstructure and
Tribological Properties of (AlTiVCrNb) CxNyCoatings Deposited by Graphite Co-sputtering[J]. Surface Technology, 2024,
53(19): 61-69.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.19.006
