第12期 孔德军等：阴极弧离子镀TiAISiN涂层摩擦与磨损行为 ·1627· 左边的彩色带表示元素含量的高低，上面彩色表示 rosion and tribological behaviors of TiAlSiN coatings de- 含量高，黑色表示含量低.用能谱仪进行面能谱分 posited by cathodic arc plasma deposition.Thin Solid 析磨损后涂层各元素面分布，其中Ti、A原子的 Fms,2009,517(17):5231 面分布不均匀，出现了贫集区，如图8(b)和(C)所 [4]Zhang K,Wang L S,Yue G H,et al.Structure and me 示.这说明由Ti和A1形成的氨化物在磨损试验中 chanical properties of TiAlSiN/Si3N4 multilayer coatings Surf Coat Technol,2011,205(12):3588 有所减少，其磨粒磨损主要为TN和AN颗粒的 [5]Carvalho S,Parreira N M G,Silva M Z,et al.In-service 磨损.磨损后涂层表面S和N原子的质量无明显 behaviour of(Ti,Si,Al)N nanocomposite films.Wear, 的变化，面扫描分布基本均匀，如图8(d)和(e)所 2012,274/275(27):68 示，表明S和N原子形成的化合物是涂层耐磨的 [6 Qin C X,Zeng P,Hu S J,et al.The effects of ion beam 主要机制.涂层表面O和Fe原子的质量呈现增加 assisted deposition on properties of TiAlSiN thin films. 趋势，如图8(E)和(g)所示，这是由于在磨损过程 Titanium Ind Prog,2006,23(2):25 中钢球中F原子与O发生了氧化反应，形成的氧 (秦聪祥，曾鹏，胡社军，等.离子束辅助沉积对TiA1SN薄 化物黏在涂层表面.涂层表面出现的Ni和Cr是基 膜性能的影响.钛工业进展，2006,23(2)：25) 体中元素，如图8()和()所示，这是由X射线透 [7]Philippon D,Godinho V,Nagy P M,et al.Endurance of TiAlSiN coatings:effect of Si and bias on wear and 过涂层测得基体中元素的缘故. adhesion.Wear2011,270(7/8):541 3结论 [8]Chen Z Y,Chen Z H,Li Z Q.Study on gas nitriding pro- cess of GH4169 alloy.Heat Treat Met,2009.34(7):95 (1)TiAISiN涂层主要成分为Ti、Al、Si和N元 (陈昭运，陈忠华，李志强.GH4169合金气体渗氮工艺研 素，Si原子细化了TN和AN晶粒，表面组织结构 究.金属热处理，2009,34(7)：95) 较为致密，表面粗糙度Ra为194.57nm. [9 Borowski T,Brojanowska A,Kost M,et al.Modifying the (2)涂层结合界面发生了化学反应和成分的互 properties of the inconel 625 nickel alloy by glow discharge 扩散，其结合形式为化学结合 assisted nitriding.Vacuum,2009,83(12):1489 (3)涂层在整个磨损实验时间内摩擦因数平均 [10]Yu D H,Wang C Y,Cheng X L,et al.Microstructure and 值为0.493，磨损形式为磨粒磨损 properties of TiAlSiN coatings prepared by hybrid PVD (④)磨损痕迹面扫描结果表明，A1和Ti形成的 technology.Thin Solid Films,2009,517(17):4950 [11]Zhan Y Z,Yu Z W,Sun Z,et al.Microstructure and tri- 氮化物减少，S和N无明显的变化，涂层耐磨性增 bological behavior of Ti-Si-Al alloys.J Guangri Univ Nat 强主要依赖于Si和N形成的化合物. Sci,2007,32(3):296 (湛永钟，喻正文，孙赞，等.Ti-Si-A1合金的显微组织与 参考文献 滑动摩擦学行为研究.广西大学学报：自然科学版，2007， 32(3:296) [1]Wu Y B,Miao ZJ,Lu J,et al.Effect of combined addition [12]Jiang F,Xie H,Rong Y M.Tribology performance and of phosphorus and boron on homogenization treatment of adhesive strength evaluation of TiAlSiN coating.Trans GH4169 alloy.Trans Mater Heat Treat,2011,32(6):26 Tianjin Un,2011.17(4):248 (吴元彪，缪竹骏，卢俊，等.磷硼复合添加对GH4169合金 [13 Zhou W,Zhao Y G.A way to fabricate an Al-Si coat- 均匀化的影响.材料热处理学报，2011,32(6)：26) ing on the surface of a Ti alloy and its high-temperature [2]Kong Y H,Li L,Chen G S,et al.Influence of microstruc- oxidation resistance.J Univ Sci Technol Beijing,2007, ture and properties of GH4169 in different heat treat- 29(2):157 ments.Rare Met Mater Eng,2010,39(Suppl 1):472 (周伟，赵宇光.在钛合金表面制备A-S涂层的方法及其 [3]Chang C L,Lee J W,Tseng M D.Microstructure,cor- 高温抗氧化性.北京科技大学学报，2007,29(2)：157)第 12 期 孔德军等：阴极弧离子镀 TiAlSiN 涂层摩擦与磨损行为 1627 ·· 左边的彩色带表示元素含量的高低，上面彩色表示 含量高，黑色表示含量低. 用能谱仪进行面能谱分 析磨损后涂层各元素面分布，其中 Ti、Al 原子的 面分布不均匀，出现了贫集区，如图 8(b) 和 (c) 所 示. 这说明由 Ti 和 Al 形成的氮化物在磨损试验中 有所减少，其磨粒磨损主要为 TiN 和 AlN 颗粒的 磨损. 磨损后涂层表面 Si 和 N 原子的质量无明显 的变化，面扫描分布基本均匀，如图 8(d) 和 (e) 所 示，表明 Si 和 N 原子形成的化合物是涂层耐磨的 主要机制. 涂层表面 O 和 Fe 原子的质量呈现增加 趋势，如图 8(f) 和 (g) 所示，这是由于在磨损过程 中钢球中 Fe 原子与 O 发生了氧化反应，形成的氧 化物黏在涂层表面. 涂层表面出现的 Ni 和 Cr 是基 体中元素，如图 8(h) 和 (i) 所示，这是由 X 射线透 过涂层测得基体中元素的缘故. 3 结论 (1) TiAlSiN 涂层主要成分为 Ti、Al、Si 和 N 元 素，Si 原子细化了 TiN 和 AlN 晶粒，表面组织结构 较为致密，表面粗糙度 Ra 为 194.57 nm. (2) 涂层结合界面发生了化学反应和成分的互 扩散，其结合形式为化学结合. (3) 涂层在整个磨损实验时间内摩擦因数平均 值为 0.493，磨损形式为磨粒磨损. (4) 磨损痕迹面扫描结果表明，Al 和 Ti 形成的 氮化物减少，Si 和 N 无明显的变化，涂层耐磨性增 强主要依赖于 Si 和 N 形成的化合物. 参 考 文 献 [1] Wu Y B, Miao Z J, Lu J, et al. Effect of combined addition of phosphorus and boron on homogenization treatment of GH4169 alloy. Trans Mater Heat Treat, 2011, 32(6): 26 (吴元彪, 缪竹骏, 卢俊, 等. 磷硼复合添加对 GH4169 合金 均匀化的影响. 材料热处理学报, 2011, 32(6): 26) [2] Kong Y H, Li L, Chen G S, et al. Influence of microstruc￾ture and properties of GH4169 in different heat treat￾ments. Rare Met Mater Eng, 2010, 39(Suppl 1): 472 [3] Chang C L, Lee J W, Tseng M D. Microstructure, cor￾rosion and tribological behaviors of TiAlSiN coatings de￾posited by cathodic arc plasma deposition. Thin Solid Films, 2009, 517(17): 5231 [4] Zhang K, Wang L S, Yue G H, et al. Structure and me￾chanical properties of TiAlSiN/Si3N4 multilayer coatings. Surf Coat Technol, 2011, 205(12): 3588 [5] Carvalho S, Parreira N M G, Silva M Z, et al. In-service behaviour of (Ti, Si, Al)Nx nanocomposite films. Wear, 2012, 274/275(27): 68 [6] Qin C X, Zeng P, Hu S J, et al. The effects of ion beam assisted deposition on properties of TiAlSiN thin films. Titanium Ind Prog, 2006, 23(2): 25 (秦聪祥, 曾鹏, 胡社军, 等. 离子束辅助沉积对 TiAlSiN 薄 膜性能的影响. 钛工业进展, 2006, 23(2): 25) [7] Philippon D, Godinho V, Nagy P M, et al. Endurance of TiAlSiN coatings: effect of Si and bias on wear and adhesion. Wear, 2011, 270(7/8): 541 [8] Chen Z Y, Chen Z H, Li Z Q. Study on gas nitriding pro￾cess of GH4169 alloy. Heat Treat Met, 2009, 34(7): 95 (陈昭运, 陈忠华, 李志强. GH4169 合金气体渗氮工艺研 究. 金属热处理, 2009, 34(7): 95) [9] Borowski T, Brojanowska A, Kost M, et al. Modifying the properties of the inconel 625 nickel alloy by glow discharge assisted nitriding. Vacuum, 2009, 83(12): 1489 [10] Yu D H, Wang C Y, Cheng X L, et al. Microstructure and properties of TiAlSiN coatings prepared by hybrid PVD technology. Thin Solid Films, 2009, 517(17): 4950 [11] Zhan Y Z, Yu Z W, Sun Z, et al. 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