Si含量对VAlSiN涂层微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响

采用反应磁控溅射技术,在300℃下制备不同Si含量的VAlSiN涂层。研究Si含量的变化对VAlSiN涂层相结构、生长形貌、化学状态、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:不含Si的VAlN涂层呈现(111)择优取向生长。随着Si含量的增加,VAlSiN涂层的(111)择优取向逐渐消失,最终转变为非晶结构。Si含量大于1.8%(原子分数,下同)的VAlSiN涂层是由nc-VAlN和a-Si_3N_4组成的多相复合涂层。与VAlN涂层相比,添加少量Si(0.8%)的VAlSiN涂层晶粒尺寸减小,致密度得到提高,对应的涂层硬度也得到显著增大,达到30.1GPa。继续增加Si的含量,VAlSiN涂层的柱状生长结构被打断,硬度逐渐下降,最后稳定在22GPa左右。VAlSiN涂层的摩擦因数随着Si含量的增加先降低后升高。当Si含量为0.8%时涂层的磨损率最低,达1.2×10^(-16)m^3·N^(-1)·m^(-1)。

VAlSiN硬质涂层的结构与机械性能

目的研究Si的掺入对VAlN硬质涂层机械性能的影响行为。方法利用双靶(V50Al50靶与Si靶)磁控溅射沉积技术,保持V50Al50靶的功率为一定值,通过控制Si靶的功率,获得Si含量不同的VAlSiN硬质涂层,分析涂层的成分、相组成、硬度及耐磨损性能。结果 Si在涂层中以Si3N4非晶相存在,Si3N4起到细化晶粒的作用,少量Si的掺入可使涂层的硬度与耐磨性能得到提升。但当Si大量掺入后,Si3N4非晶相成为涂层中的主相,导致涂层的硬度与耐磨性能出现下降。结论少量Si的掺入有益于VAlN涂层机械性能的提升。