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鉻硬質膜的硬度和滑動特性
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佳達

時間 : 2020-03-09 21:51 瀏覽量 : 14

 鉻硬質膜的硬度和滑動特性

 典型的鉻基硬質膜是鉻(Cr)和氮(N)的化合物,根據其化學成分可分為Cr,Cr 2 N,CrN等。換句話說,可以通過沉積條件來控制Cr和N的組成比。近年來,隨著膜的形成,其中部分Cr已被其他金屬元素替代以進一步改善性能,對這種性能的需求進一步增加。

 1、類型和硬度

 典型的基于鉻的硬質膜是氮化鉻(Cr),并且作為離子鍍的一種形式的濺射方法或電弧蒸發方法通常用作膜形成方法。隨著氮分壓的降低,形成Cr 2 N和Cr膜。

 另外,已經制造了其中一部分的Cr已被其他金屬原子代替的鉻基復合氮化物膜。例如CrN,CrAlN和CrVN薄膜的XRD薄膜輪廓??梢悦黠@看出,這三種類型的鉻基硬質薄膜具有完全相同的晶體結構。然而,與CrN相比,在復合膜中,每個晶面的峰位置稍微向較高角度側偏移,并且顯然,晶面間距較小。這種現象是組成薄膜的原子尺寸的影響。因為溶解在取代類型中的釩(V)或鋁(Al)的原子直徑比鉻(Cr)原子小。據推測已經發生了。

 CrVN膜的硬度與CrN膜的硬度大致相同,但是CrAlN膜的硬度比CrN膜的硬度高。換句話說,當應用鉻基硬質膜時,如果耐磨性很重要,則CrAlN膜似乎更好。

 2、滑動特性

 Cr基硬質薄膜最有前途的是其優異的滑動性能,它們被應用于機械零件和汽車零件等滑動零件。但是,為了應用于滑動部件,必須具有低摩擦系數和對摩擦副的低侵害性。

 當在各種摩擦環境下對通過電弧蒸發法制備的CrN膜進行摩擦磨損試驗時摩擦系數隨摩擦距離的變化。預先除去存在于膜表面上的液滴,并測量容易彼此粘附的軟SUS304和硬WC-Co。與鈦基硬質薄膜的情況一樣,在非潤滑環境中,與配合材料無關,摩擦系數都很高,但是在潤滑環境中,摩擦系數卻大大降低。特別是,石蠟油和水溶性切削油中的摩擦系數約為0.1,這表明在這些環境中,應用于滑動部件的性能優于鈦基硬質膜。

 發動機油中配合材料的磨損量的測量結果,因為鉻基硬質薄膜被應用到發動機零件(例如活塞環)上。該圖顯示了各種鉻基硬質薄膜在發動機機油(油溫:130°C)中的摩擦距離分別為1000m和5000m時配合材料的磨損量。當配合材料為SUJ2,柴油機油為SAE10W-30時,負載為10N,摩擦速度為100mm / s時,獲得了圓盤球摩擦磨損試驗結果。顯然,在這些薄膜類型中,CrVN薄膜在配合材料上的磨損最少。特別地,關于每個摩擦距離處的摩擦系數(μ),CrVN膜小,因此該膜不僅具有低的對手侵略性,而且還具有減小摩擦系數的效果。


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