tin及tisin涂层在海水环境下的摩擦学行为研究

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1、TiN及TiSiN涂层在海水环境下的摩擦学行为研究麗錢王永欣李金龙叶育伟赵文杰中国科学院宁波材料技术与工程研宄所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室目的对比研究海水环境下TiN及TiSiN涂层与A1203对磨的摩檫磨损行为。方法采用多弧离子镀技术在316L不锈钢及单晶硅片上制备TiN及TiSiN涂层。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及X射线光电子能谱仪(XPS)分析了涂层的截面形貌及化学组织成分。选择纳米压痕仪测量了TiN及TiSiN涂层的硬度及弹性模量，使用UMT-3往复式摩擦

2、试验机研究了人工模拟海水环境下A1203与TiN及TiSiN涂层对磨后的摩檫磨损行为，并采用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)及表面轮廓仪來深入分析了磨痕的摩擦磨损情况。结果研允表明，Ti?＜涂层的硬度为32.50?3，当Si元素掺入涂层以后，HSiN涂层的硬度提高到了37GPa。同时，较之于TiN涂层，TiSiN涂层的腐蚀电流密度下降了一个数量级。在摩擦实验中，TiN涂层的摩擦系数和磨损率分别为0.35和5.21X10-6mm3/(N•m),而TiSiN涂层的摩檫系数和磨损率均有明显下降，分别为0.24和1.96X10-6mm3/(N•

3、m)。结论Si元素掺杂后能显著提高TiN涂层在海水环境下的摩擦学性能，主要归因于结构的致密，硬度、韧性、抗腐蚀性的提高及润滑和的形成。关键词：TiN涂层;TiSiN涂层;硅掺杂;摩擦;磨损;润滑;海水;基金：中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA13040601)TribologicalBehaviorofTiNandTiSiNCoatingsinSeawaterWUBinLUXiaWANGYong-xinLIJin-longYEYu_weiZHAOWen-iieKeyLaboratoryofMarineMaterialsandRela

4、tedTechnology,ZhejiangKeyLaboratoryofMarineMaterialsandProtectiveTechnologies,NingboInstituteofMaterialsTechnology&Engineering，ChineseAcademyofSciences;Abstract：TheworkaimstocomparefrictionandwearbehaviorofTiNandTiSiNcoatingsslidingagainstAl203inseawater.TiNandTiSiNcoatings

5、werefabricatedon316Lstainlesssteelandmonocrystallinesiliconwaferbyadoptingcathodicarcionplatingtechnique.Cross-sectionalmorphologyandchemicalcompositionofthecoatingswereanalyzedwithSEM,XRDandXPS.HardnessandelasticitymodulusoftheTiNandTiSiNcoatingsweremeasuredwithnano-indent

6、or.ThefrictionandwearbehaviorofTiNanclTiSiNcoatingsslidingagainstA1203insimulatedseawaterwasstudiedwithUMT-3reciprocatingfrictiontestingmachine.FrictionandwearconditionsofgrindingcrackswerethoroughlyanalyzedwithSEM,EDSandasurfaceprofiler.HardnessofTiNcoatingwas32.5GPa.After

7、siliconwasdoped,hardnessoftheTiSiNcoatingwasupto37GPa.Meanwhile,，corrosioncurrentdensityofTiSiNcoatingdecreasedbyoneorderofmagnitudecomparedtoTiNcoating.Inthefrictionalexperiment,frictioncoefficientandwearrateoftheTiNcoatingwas0.35and5.21X10-6mm3/(N•m)，respectively.Incontra

8、st,frictioncoefficientandwearrateoftheTiSiNcoatingdecreasedsignificantlyto0-24and1