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MoDTC润滑条件下氮化物涂层的摩擦磨损行为研究

石佳佳  
【摘要】:本文采用真空阴极电弧离子镀膜设备在316L不锈钢表面沉积了Ti N、Ti Al N和Al Ti N三种氮化物硬质涂层,利用MS-T3000球-盘摩擦磨损试验机测试了三种氮化物硬质涂层在不同Mo DTC浓度润滑条件下的摩擦磨损性能,用三维白光形貌仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱分析了涂层磨损表面的形貌、成分及元素结合态,并探讨了三种涂层在Mo DTC润滑条件下的减摩抗磨机理。结果表明:(1)制备的Ti N涂层由面心立方结构的Ti N相组成,硬度和表面粗糙度分别为2393±42 HV和19.1 nm。Ti Al N涂层由面心立方结构的(Ti,Al)N相组成,硬度和表面粗糙度分别为2480±169 HV和27 nm。Al Ti N涂层由面心立方结构的(Al,Ti)N相和六方结构的Al N相组成,硬度和表面粗糙度分别为3096±112 HV和12 nm。(2)Ti N涂层的磨损率随着Mo DTC浓度的增加呈现先减小后增大的趋势,当Mo DTC浓度为1.5%时,Ti N涂层的磨损率降到最低,且摩擦性能也最好,摩擦最早达到稳定摩擦阶段,且稳定阶段的平均摩擦系数最低,而其他四种Mo DTC浓度下摩擦系数的变化并不是很明显。随着Mo DTC浓度的增加,Ti Al N涂层的摩擦系数和磨损率都显著降低,都呈现先减小,然后保持在一定的水平波动的变化趋势。在Mo DTC浓度为1.0%-2.0%时,表现出更好的摩擦磨损性能。Al Ti N涂层的磨损率随着Mo DTC浓度的增加呈现先减小后增大的趋势,当Mo DTC浓度为1%时,Al Ti N涂层的磨损率降到最低;Al Ti N的摩擦系数随着随着Mo DTC添加剂的加入先减小,然后基本保持不变,在0.086-0.088之间波动。(3)Mo DTC润滑条件下,氮化物涂层和Mo DTC发生交互作用,在磨损表面生成了摩擦反应膜,主要由具有减摩作用的Ti Ox和Mo S2以及起到了良好的抗耐磨作用Fe Sx,Al2O3和Mo O3组成,从而提高了三种氮化物的摩擦磨损性能。随着Mo DTC的加入,Ti N涂层的主要磨损机制由犁沟转变为剥落坑和塑性变形;Ti Al N涂层的主要磨损机制磨损机制由剥落坑和犁沟转变为剥落坑、犁沟和塑性变形。Al Ti N涂层的主要磨损机制磨损机制由剥落坑、犁沟和塑性变形转变为剥落坑和磨粒磨损。


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