Cr12MoV钢表面磁控溅射Ti TiN涂层的摩擦磨损性能研究

Cr12MoV钢表面磁控溅射TiTiN涂层的摩擦磨损性能研究Cr12MoV钢表面磁控溅射TiTiN涂层的摩擦磨损性能研究

摘要：本文通过对Cr12MoV钢表面进行磁控溅射TiTiN涂层的制备，并对其摩擦磨损性能进行了研究。实验结果表明，磁控溅射TiTiN涂层能够有效提高Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能，降低其磨损率和摩擦系数，具有较好的应用前景。

关键词：Cr12MoV钢、磁控溅射、TiTiN涂层、摩擦磨损性能

1.引言

Cr12MoV钢作为一种常用的刀具钢材料，具有优异的硬度和耐磨性能，被广泛应用于切削工具领域。然而，由于其表面易于产生摩擦磨损现象，导致使用寿命较短，因此提高Cr12MoV钢的摩擦磨损性能成为一项重要的研究方向。

磁控溅射是一种制备高质量涂层的常用方法，其中，TiTiN涂层由于具有较高的硬度和抗腐蚀性能，在工业领域得到了广泛应用。因此，本文选用磁控溅射TiTiN涂层来改善Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能，并对其性能进行研究。

2.实验方法

2.1实验材料

实验选用Cr12MoV钢作为基础材料，其化学成分如下：C1.4-1.6，Si0.4-0.6，Mn0.3-0.5，Cr11-13，Mo0.7-1.2，V0.15-0.25，余量为Fe。

2.2实验设备

磁控溅射设备、摩擦磨损测试机、扫描电镜、X射线衍射仪等。

2.3实验方法

将Cr12MoV钢样品表面进行打磨、清洗、干燥等预处理工作，然后将其放入磁控溅射设备中，在氩气气氛下以纯Ti为靶材，在较高电流密度、较低气压下进行溅射，制备出TiTiN涂层。制备涂层厚度为2μm。

使用摩擦磨损测试机对Cr12MoV钢和Cr12MoV钢-TiTiN涂层样品进行摩擦磨损测试，采用球盘式测试，加载力为5N，测试时间为5分钟，转速为100rpm。测试结束后使用扫描电镜观察涂层和基材表面形貌，并采用X射线衍射仪对涂层进行物相分析。

3.结果和讨论

3.1TiTiN涂层的制备和表征

图1为制备的Cr12MoV钢-TiTiN涂层SEM图像。可以看出，涂层质量均匀，表面平整。

图2为X射线衍射仪对TiTiN涂层的物相分析，可以看出，涂层主要由TiN相组成。

3.2摩擦磨损性能测试

图3为Cr12MoV钢和Cr12MoV钢-TiTiN涂层样品的摩擦磨损曲线。可以看出，涂层样品的摩擦系数普遍比裸样品低，而且涂层样品的磨损率明显降低。

图4为涂层和基材表面形貌SEM图像。可以看出，涂层表面较为光滑，没有明显的裂纹和剥落现象，说明涂层和基材结合良好。

4.结论

本文通过磁控溅射方法制备了Cr12MoV钢表面TiTiN涂层，对其摩擦磨损性能进行了研究。实验结果表明，涂层能够有效提高Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能，降低其磨损率和摩擦系数，具有较好的应用前景。此外，TiTiN涂层的应用还具有广泛的前景。由于其具有较高的耐腐蚀性能，可以应用于海洋工程、船舶制造等领域；同时，其具有优异的抗磨损性能，可以应用于轴承、切削工具等领域，可以有效降低设备的维修成本和停机时间，提高产业竞争力。

然而，需要注意的是，在实际应用中，涂层的制备工艺和质量控制对涂层性能的影响非常大。因此，在制备涂层时需要对工艺参数和涂层质量进行严格的控制和检测，以保证涂层的性能符合要求。

综上所述，磁控溅射TiTiN涂层可以有效提高Cr12MoV钢表面的摩擦磨损性能，具有广泛的应用前景。未来可以进一步探索其在不同领域的应用，同时不断完善其制备工艺，提高涂层的质量和性能。除了上述提到的应用领域外，TiTiN涂层还可以应用于气体液化领域。在液化空气、液化天然气等气体的生产中，常常需要使用到极低温的环境，这时需要使用耐低温材料。TiTiN涂层具有优异的耐腐蚀性和低温硬度，可以作为气体液化设备的防腐涂层，提高设备的使用寿命和稳定性。

此外，随着科技的不断进步，人们对电子器件的要求也越来越高。TiTiN涂层在微电子器件制造、导电材料制备等领域也有广泛的应用。例如，在制备微电子器件的过程中，需要使用金属等材料进行电极连接，这时可能会因为不同材料之间的化学反应等因素导致设备失效。而使用TiTiN涂层可以有效避免这一问题，并且还可以提高电极的导电性能。

总的来说，磁控溅射TiTiN涂层具有广泛的应用前景和潜力。未来，随着涂层技术和材料科学的不断发展，TiTiN涂层还有可能在更多领域实现应用与突破。除了上述应用领域，TiTiN涂层还可以应用于医疗设备制造领域。例如，在制备骨科植入物时，需要使用到有耐腐蚀性和生物相容性的材料。TiTiN涂层具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在这一领域有着广泛的应用前景。

同时，随着环保意识的不断提高，人们对于环境友好型材料的需求也越来越大。TiTiN涂层可以避免使用一些对环境有害的涂层材料，具有更好的环境友好性。例如，在汽车零部件制造领域，使用TiTiN涂层可以代替一些含有有害物质的涂层，有效减少环境污染。

此外，TiTiN涂层还可以应用于建筑领域。在城市的高楼大厦中，通常使用钢材作为支撑结构，这时需要对钢材进行防腐涂层的处理，以保证其使用寿命和稳定性。TiTiN涂层可以作为一种优秀的防腐涂层进行应用，同时其金属光泽的外表也可以为建筑物增色添彩。

综上所述，磁控溅射TiTiN涂层具有广泛的应用前景，未来还有更多的领域可以进行探索和应用。同时，为了更好地发挥其优异的性能和效果，需要继续加强涂层制备工艺的研究与改进。在TiTiN涂层的制备过程中，还需要对其涂层厚度和成分进行调控，以达到更好的性能表现。通过调整磁场强度、气体流量、电子束功率等参数，可以实现不同厚度和成分的TiTiN涂层制备，进而满足不同应用领域的需求。

同时，还需要运用一些分析测试手段对TiTiN涂层进行性能评估和分析，以验证其性能和成分是否符合预期。例如，可以采用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜等技术对涂层厚度、晶体结构、显微组织、表面形貌等方面进行表征和分析，为其应用提供技术支持和保障。

除了磁控溅射技术制备TiTiN涂层，还可以采用物化气相沉积、溅射离子镀等技术进行制备，各种技术在涂层质量、成本、适用性等方面