钢表面纳米TiAlN薄膜的结构表征与性能研究

编号：CPJS05090

篇名：钢表面纳米TiAlN薄膜的结构表征与性能研究

作者：曹慧 ;张发 ;孟超平

关键词：磁控溅射 TIALN薄膜 微观结构 摩擦磨损 纳米 显微硬度

机构： 内蒙古机电职业技术学院冶金系,呼和浩特010070

摘要： 目的在GCr15轴承钢和W18Cr4V高速钢基体上制备硬质耐磨的纳米TiAlN薄膜,以此来提高GCr15和W18Cr4V钢的使用寿命。方法采用直流反应磁控溅射的方法,以氩气为工作气体,氮气为反应气体,采用反复试验并优化后的一组参数,在两种常用的钢基体上制备高质量的耐磨薄膜。通过XRF、XRD、AFM和SEM研究了薄膜的元素含量、表面形貌和物相组成等结构特点,借助销盘式摩擦磨损试验机研究了薄膜的摩擦磨损性能。结果两组钢基体上薄膜的化学成分接近,Ti和Al元素的原子数分数之比为1：1,薄膜主要由AlN、TiN和TiAlN相组成,且在（111）方向具有择优生长取向,薄膜的平均晶粒尺寸分别为24.15 nm和28.32 nm;薄膜呈现岛状生长,表面的平均粗糙度为15.8 nm和17.6 nm,硬度值不足2500HV,摩擦系数分别为0.5和0.4,薄膜的磨损量分别为89μg和56μg。结论薄膜结构由硬质陶瓷相组成,平均晶粒尺寸较小,薄膜的摩擦系数稳定,磨损量较小,耐磨效果较好。