磁控溅射功率对TiN纳米涂层组织结构及摩擦学性能的影响

摘要

[目的]针对20Cr Mo钢曲轴在高转速工况下磨损严重的问题，采用直流磁控溅射技术在其表面制备TiN纳米涂层以提升其耐磨性。[方法]通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、显微硬度计、自动划痕仪和摩擦磨损试验机研究了溅射功率对TiN纳米涂层微观结构、显微硬度、结合力及摩擦学性能的影响。[结果]在80～180 W功率下所得TiN涂层均为（200）晶面择优取向的面心立方纳米晶。溅射功率为160 W时，所得TiN涂层的晶粒尺寸为（32.3±0.5） nm，厚度为1.64μm，结合力为41.45 N，显微硬度为740.61 HV，平均摩擦因数为0.449，比磨损率为52.73×10^-10mm³/（N·m），综合性能最佳。[结论]通过优化溅射功率可有效调控TiN涂层性能，显著提升20Cr Mo钢曲轴的耐磨性，本研究可为高转速发动机关键部件的表面强化提供可靠的方案。

关键词

合金结构钢 / 直流磁控溅射 / 氮化钛纳米涂层 / 溅射功率 / 摩擦学 / 组织结构