Ti-Ag-N纳米复合薄膜的结构和摩擦学性能研究.pdfVIP

Ti．Ag-N纳米复合薄膜的结构及摩擦学性能研究 孙嘉奕· 翁立军 薛群基 (中国科学院兰州化学物理研宄所固体润滑国家重点实验室 兰州730000 Tet 335e—mail 0931—8274 sunjytdpubiic．1z．Bg．cn) 摘要： 采用多弧离子镀技术制备了一种新型的Ti—Ag—N纳米结构复合薄膜，对薄膜的制备工 艺进行了研究，评价了力学·巨能并简要讨论了力学性能与薄膜组织结构问的关系．重点研究 了薄膜的摩擦学性能及摩擦磨损机理并讨论了摩擦学特性与薄膜组织结构问的关系． 前言：研制低摩擦高耐磨性的新型材料始终是摩擦学的一个重要的研究方向[卜3]。对用 于摩擦学的薄膜材料．高硬度兼具高韧性是有利的。另一方面，良好的润滑性能及薄膜与基 体的牢固结合更为重要．传统的薄膜材料很难获得良好的综合性能．近年来，纳米复合薄膜 材料以其优异的综合力学性能引起了很多学者的注意【4-8】．但是目前对于用于摩擦学领域的 纳米复合薄膜的研究还较少．本文采用多弧离子镀技术制各出了具有纳米结构的Ti-Ag_N复 合薄膜。对薄膜的结构及摩擦学性能作了研究。 1．试验部分 采用多弧离子镀技术来制备Ti-ArN复合薄膜，镀膜室侧壁上依次放置Ti靶、Ag靶、 Ti靶．通过调节各靶的工艺参数来控制薄膜的组成．本文制各了两种不同结构的Ti-Ag_N薄 膜(样品l和2)．对它们分别进行了研究．基体选用9Crl8钢片．洛氏硬度HRc望58，。 用XPJ)及SEM进行薄膜的结构及磨痕分析。用划痕仪测量了薄膜的临界载荷Lc．采用压 入法评价薄膜的韧性．载荷1825N，钢球直径2．5Ⅲm．薄膜的硬度用显微硬度计来测量，载荷 0．049 N。用真空球一盘摩擦试验机评价薄膜的摩擦学性能，球的直径为中：8∞，法向载荷5N， 球相对于盘的转速为1000rlm．试验真空度5．0x10～Pa。 2．结果与讨论 2．i薄膜结构 图1给出了试样的XRD谱图。由图中可以看出薄膜由三种不同的相所组成，分别为 的结构．Ag、TiAg及nN的晶粒尺寸分别为14nm、13．5nm和25rim。 20力学性能分析 可以看出试样l和 试样l和试样2的硬度、薄膜，基体结合力皿c)试验结果如表1所示． 试样2均呈现较高的硬度，这可能是由于纳米结构的组织结构所产生的结果，需要指出的是 对于厚度低于500rim的薄膜而言，0．049N的载荷所测出的硬度较其真实值明显偏低．试样1 的薄膜，基体结合力在不同的基体上均保持较高值．试样2的结合力相对较低。我们注意到 2B(．J 图1面-Ag-N薄膜的X-ray衍射分析结果 一 试样1的TtAg含量比试样2高，而TLAg是一种真空焊接材料，易于与多种基体产生牢固结 合．因此试样I的结合力相对较高。薄膜的韧性试验表明：在1835N的载荷下用于对比的离 子镀TiN薄膜压痕边缘已出现明显的脆性剥落现象．而瓢．Ag_N复合薄膜则十分平整。 表1．薄膜的力学性能试验结果 SubstrateFilm Sample thicknessHardlless Le ．． i磐! i丛!n世! i婪》 1。 9Crl8 490 668 44 Specimell l’ GIass 490 817 67 Specimen 2。 9Crl8 460 648 37 Speeimell 9Crl8 substrate 61