Page 87 - 《摩擦学学报》2020年第5期

642 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

90 90
83.25 83.18
80 80
70
Atomic percentage/% 60 29.10 52.22 43.49 Atomic percentage/% 60 29.93 52.74 56.26
70
50
50
40
40
30
20
20 18.53 0.00 0.15 20.21 13.18 23.02 0.10 16.75 30 18.19 0.00 0.14 18.72 15.44 10.05 0.10 16.82
10 Ti Al N O Ag Ti Al N O Ag Al O 10 Ti Al N O Ag Ti Al O Ag Al O
N
0 0
Out In Ball Out In Ball
(a) RT (b) 200 ℃

90 90
80 78.70 80
70.70
70
Atomic percentage/% 60 Atomic percentage/% 60 28.62 52.47 38.74 29.30
70
53.90
53.28
50
50
40
40
30
20
20 17.60 28.99 0.00 0.12 17.66 16.80 11.52 0.12 21.30 30 18.77 0.00 0.13 21.31 14.78 25.07 0.10
10 10
Ti Al N OAg Ti Al N O Ag Al O Ti Al N OAg Ti Al N O Ag Al O
0 0
Out In Ball Out In Ball
(c) 400 ℃ (d) 600 ℃
Fig. 7 EDS data of unworn and worn surfaces of TiAlAgN (0.12%Ag) coatings and worn surface of
Al 2 O 3 balls at elevated temperatures
图 7 TiAlAgN (0.12%Ag)涂层在不同温度下磨损前后及对磨小球的EDS数据

0~23.02%、0~56.26%，这表明200 ℃时磨痕区域的氧 8(c)为400 ℃时磨痕区域形貌的SEM照片，从图中可
化程度比室温时的更加剧烈. 图6(c)为400 ℃时的磨痕 观察到大量的磨屑及微裂纹，这表明此时的磨损机理
形貌，从图可见大量的“磨屑”及细小犁沟，这表明此 为磨粒磨损和疲劳断裂. 由EDS数据可知磨损过程中
时的磨损机理为磨粒磨损. 此外，磨损后O元素的原子 同样发生了氧化反应. 此外，磨损后O元素的原子百分
百分数为53.90%，相比于200 ℃时明显下降. 这是因 数为30.26%，低于200 ℃及室温的数值，这表明磨痕
为温度升高导致磨痕区域内Al O 增加，能够有效阻 区域产生的Al O 能够有效阻止氧气渗入，进而保护
2
3
3
2
止O 向涂层内部渗透，进而减轻了涂层的氧化. 观察 涂层. 图8(d)为600 ℃的磨痕形貌，可见整个磨痕区域
2
图6(d)，可见600 ℃时的磨痕区域出现了明显的塑性 较为平滑，但是局部区域出现变形及剥落坑，此时的
变形和剥落坑，所以此时的磨损机理为黏着磨损. 此 磨损机理为黏着磨损和塑性变形.
外，磨损后的O元素的原子百分数为38.74%，相比于 2.5 涂层的结合力
400 ℃时进一步降低，这表明Al O 对涂层的保护作用 图10为TiAlN涂层及不同Ag含量TiAlAgN涂层划
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2
进一步加强. 痕曲线及形貌. 从图10可见：TiAlN涂层划痕曲线声号
图 8和 图 9分 别 为 TiAlAgN(0.30%Ag,原 子 百 分 峰L 出现的临界载荷为31 N左右. 当涂层中的Ag原
c2
数)涂层在不同温度下的磨损形貌以及能谱图. 从图8(a) 子百分数为0.12%和0.30%时，L 出现的临界载荷分
c2
中可见室温时的磨损机理为黏着磨损. 此外，磨损前 别为19.5和21.5 N左右，这表明当涂层内Ag原子百分
后O元素的原子百分数分别为0、34.34%，这表明磨损 数在0.12%~0.30%范围内增加时，涂层的硬度及涂层
过程中发生了氧化反应. 图8(b)为200 ℃时磨痕区域 的结合均降低.
的表面形貌，图中可见明显的剥落坑，这说明此时的
3 结论
磨损机理为黏着磨损. 此外，O的原子百分数由磨损前
的0上升为48.41%，这表明磨痕内的氧化程度加重. 图 a. 通过电弧离子镀技术在硬质合金上沉积得到