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真空退火对Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层结构及性能的影响
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作者 叶佳妮 马莉莎 +4 位作者 张纪福 刘艳梅 曹凤婷 范其香 王铁钢 《表面技术》 北大核心 2025年第13期107-120,共14页
目的 针对Zr-B-N涂层耐热性较差的问题,制备高硬度、高韧性且耐高温的Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层。通过真空退火处理强化Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层性能,探究高温下涂层界面扩散行为、微观结构、力学性能及摩擦学性能的变化机理。方法... 目的 针对Zr-B-N涂层耐热性较差的问题,制备高硬度、高韧性且耐高温的Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层。通过真空退火处理强化Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层性能,探究高温下涂层界面扩散行为、微观结构、力学性能及摩擦学性能的变化机理。方法 采用复合磁控溅射技术制备Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层,并在真空管式炉内进行500~800℃真空退火试验(<10^(-3)Pa,1 h)。利用XRD、FESEM、HRTEM、纳米压痕仪、大载荷划痕仪及高温摩擦磨损试验机对涂层的相组成、微观结构、力学性能和摩擦学性能进行表征。结果 Zr-B-N/ZrO_(2)多层复合涂层主要由t-ZrO_(2)相和fcc-ZrN相组成。随着退火温度升高,t-ZrO_(2)相的衍射峰逐渐增强并发生向大角度偏移的现象。当退火温度为600℃时,涂层表面相对致密,纳米多层结构保持完整,硬度(32.75 GPa)和弹性模量(391.70 GPa)达到最大值,结合强度为47.95 N,摩擦系数为0.658,磨损率为1.11×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。当退火温度达到800℃时,涂层中析出fcc-ZrO相和hcp-ZrB_(2)相,摩擦系数(0.507)和磨损率(4.54×10^(-6)mm^(3)/(N·m))降至最低值,分别比真空退火前下降43.29%和69.97%。然而,晶粒粗化导致微裂纹扩展及严重界面互溶,硬度和弹性模量降至最低值,涂层与基体间出现明显开裂。结论 适当的真空退火能够显著影响涂层性能。当退火温度为600℃时,涂层综合性能达到最优水平;800℃退火虽然提高了耐磨性,但因结构破坏,其整体性能显著下降。 展开更多
关键词 复合磁控溅射 真空退火 纳米多层涂层 微观结构 力学性能 摩擦学性能
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