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TiN基自释放复合涂层的设计与制备

物理气相共沉积获得复合涂层具有优良的摩擦学性能，但是由于不同物相的熔点不同，在沉积中无法精确控制各相的溅射速率，此外软质相的大量团聚会导致涂层力学性能不均等问题。为了解决复合涂层机械性能差的问题，本文首先采用真空离子镀技术，在304不锈钢基底表面沉积了厚度为2 μm的多孔TiN陶瓷膜用作为润滑物相“储层”。进一步使用水热碳包覆将碳填充在TiN薄膜的孔间隙中作为润滑物相，进而制备出了TiN/C的复合薄膜。采用纳米压痕和划痕考察了不同氮气压力下多孔TiN涂层的硬度以及结合力，并通过摩擦试验对涂层的摩擦学特性进行了评估。研究发现，斜角沉积制备的多孔TiN薄膜呈柱状生长，且生长方向指向粒子的入射方向；随着氮气气压的升高，TiN薄膜的硬度、耐磨性以及表面孔隙率均增加；较高气压下制备出的多孔TiN在经过碳填充后具有更长的耐磨寿命。EDS结果表明，碳均匀分散在TiN涂层的纳米尺度孔隙中，并随着涂层的磨损释放至摩擦表面，从而降低了摩擦系数，提高了耐磨性。该研究为减摩耐磨复合涂层的设计与制备提供了新的研究思路。