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摘要

本文基于新型的磁过滤沉积技术(FCVA)研究了TiAlCN/TiAlN/TiAl多元复合涂层结构及不同C含量对其防腐耐磨性能的影响. 同时使用SEM, XRD, XPS, 电化学测试和摩擦磨损设备对其宏/微观性能进行了系统表征. 实验结果表明: 随C含量增加, C元素的存在形式从TiAlCN固溶相转化为TiAlCN固溶/非晶碳共存. 典型的TiAlCN固溶/非晶碳纳米复合结构TiAlCN/TiAlN/TiAl涂层不仅具有超高硬度和高韧性, 而且涂层中均匀无特征结构的非晶碳具有优异的自润滑效果, 通过结合各层的优势, 该结构涂层在3.5%NaCl电化学腐蚀试验中, E _corr提高了5.6倍, 为0.271V, I _corr降低为原来的1/52, 为8.092 × 10 ^–9A·cm ^–2; 在干摩擦实验中, 摩擦系数降低了1/3, 为0.43, 磨损率降低了1/1.4, 为1.13 × 10 ^–5mm ³·N ^–1·m ^–1.

关键词:

Abstract

The experiment is based on novel magnetic filtered cathodic vacuum arc (FCVA) technology, the effects of the structure and C contents of TiAlCN/TiAlN/TiAl composite coating on anticorrosion and wear resistance were studied. The macro/micro properties of the coatings were systematically characterized by SEM, XRD, XPS, electrochemical tests and friction equipment. The results show that, with the increase of C content,the form of C element in the coatings transforms from the TiAlCN solid solution to the coexistence of crystallized TiAlCN/amorphous carbon. The TiAlCN/TiAlN/TiAl coating with TiAlCNcrystallized/amorphous carbon nanocomposite structure demonstrated excellent performanceby combining the advantages of each layer, which the hardness reaches an ultrahigh leveland the amorphous carbonwith excellent self-lubricating effect exists in the coating structure. In 3.5% NaCl electrochemical corrosion test, E _corrincreased by 5.6 times to 0.271 V, I _corrdecreased by 1/52 to 8.092 ×10 ^–9A·cm ^–2. During the dry sliding, friction coefficient decreased by 1/3 to 0.43, and wear rate decreased by 1/1.4 to 1.13×10 ^–5mm ³·N ^–1·m ^–1.

Keywords:

TiAlCN/TiAlN/TiAlmultilayer composite coatings/
crystallized TiAlCN/amorphous carbon/
friction/
corrosion

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:廖斌,liaobingz@bnu.edu.cn

基金项目:国家级-国家科技重点实验室基金(614220207011802)

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Liao Bin,liaobingz@bnu.edu.cn

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施引文献

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	Sample	C₂H₂/sccm	Ti/at.%	Al/at.%	N/at.%	C/at.%
TiAlN/TiAl	S1	0	30.87	22.85	46.28	—
TiAlCN/TiAlN/TiAl	S2	10	28.64	21.52	41.23	8.61
TiAlCN/TiAlN/TiAl	S3	15	27.60	22.95	37.07	12.39

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	Sample	C₂H₂/sccm	E/GPa	H/GPa	H/E
TiAlN/TiAl	S1	0	290.20	30.53	0.105
TiAlCN/TiAlN/TiAl	S2	10	310.65	41.16	0.133
TiAlCN/TiAlN/TiAl	S3	15	316.14	44.36	0.140

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