Ni掺杂对TiB_(2)硬质涂层组织结构和力学性能的影响

TiB_(2)涂层独特的晶体结构和强共价键赋予其超高的硬度和化学稳定性,但也存在韧性差及膜基结合力较差的问题。结合高功率脉冲磁控溅射技术和射频磁控溅射技术制备了Ni掺杂的TiB_(2)涂层,采用SEM、EPMA、XRD、XPS、纳米压痕仪、划痕试验仪、高温摩擦磨损试验机对比研究了不同Ni含量的TiB_(2)⁃Ni涂层的微观形貌、化学成分、物相结构、力学性能、摩擦学性能等。结果表明:Ni掺杂的TiB_(2)⁃Ni涂层中,少量Ni元素固溶于TiB_(2)晶格,过量的Ni元素以金属相形式存在,在晶界处形成了纳米复合结构,限制了TiB_(2)晶粒的生长,导致涂层柱状晶细化和纳米化。Ni元素掺杂导致TiB_(2)涂层的硬度与弹性模量明显下降,膜基结合力和涂层韧性随着Ni元素含量的增加持续增加,涂层摩擦系数先降低后升高,磨损形貌显示为磨粒磨损和粘接磨损。TiB_(2)⁃Ni涂层通过生成Ni金属相,在裂纹扩展时发生形变,以吸收断裂能量来提高涂层韧性,Ni含量为4.9%(原子分数)的TiB_(2)⁃Ni涂层具有较好的硬度和韧性。