Tailoring growth structure and oxidation performance of CrWN glass molding coating via Pt and Ir doping

Detailed electron microscopy investigations were performed to evaluate the effects of PtIr on the growth structure and oxidation resistance of the CrWN coating. The undoped CrWN coating showed an obviously coherent growth and a rough growth texture with a roughness value of 13.80 nm. The doped PtIr atoms induced a prominent structural modification on the CrWN coating and effectively inhibited the coherent growth, leading to a smoother texture and a reduced roughness value of 4.75 nm. The CrWN coating exhibited a loose texture that permitted the internal diffusion of oxygen and degraded its oxidation resistance and roughness, but these doped PtIr atoms had high chemical inertness, which enabled them to act as oxygen diffusion barriers, consequently improving the oxidation resistance and coarsening resistance of the CrWN–PtIr coating.     

CrWN涂层中W元素含量对涂层纳米硬度和热稳定性的影响

目的 探究氮气退火环境下不同W含量CrWN涂层微结构、纳米硬度及热稳定性能的演变规律.方法 采用等离子增强磁控溅射技术,制备不同W含量的CrWN涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕、原子力显微镜(AFM)等分析方法,系统研究退火前后涂层的微结构、表面质量、尺寸精度、纳米力学与热稳定性能.结果 CrWN涂层由面心立方结构的CrN+W2N相组成,CrN层与W2N层交替沉积,并具有典型共格生长.随涂层中W含量的增加,涂层硬度从12.9 GPa增加至15.5 GPa,表面粗糙度降低,并趋于稳定.经过氮气环境退火后,随涂层中W含量的增加,与气氛中的微量杂质气体反应加剧,涂层硬度由13.5 GPa降低至5.2 GPa,表面氧化层WO3厚度增加,并导致涂层表面粗糙度和厚度增加.结论 CrWN涂层具有优异的表面质量及纳米力学性能,氮气退火过程中,氧化侵蚀反应导致CrWN涂层表面粗化、体积膨胀和力学降解.随涂层中W含量的增加,退火涂层表界面微结构损伤与性能退化效应加剧,氧化损伤是CrWN涂层玻璃精密模压成形应用中需考虑的关键因素之一.因此,CrWN涂层作为光学玻璃精密模压成形模具涂层使用时,应在高真空度或高纯惰性气体环境下工作.     

纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构和性能的影响

目的 研究纳米调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层结构及性能的影响。方法 采用电磁永磁共控的阴极电弧离子镀技术，使用纯N2和合金CrW靶及纯金属Mo靶，制备不同调制周期厚度的CrWN/MoN纳米多层涂层，对CrWN/MoN纳米多层涂层的物相结构、微观形貌、硬度、摩擦系数和磨损率等进行分析。结果 CrWN/MoN纳米多层涂层由面心立方CrWN与六方d-MoN两相组成。随着调制周期减小，CrWN/MoN纳米多层涂层衍射峰强度逐渐减弱，d-MoN(202)衍射峰消失，涂层表面的大颗粒数量减少，表面质量得到改善。随着调制周期由45 nm减小到13 nm，涂层的硬度由29.4 GPa逐渐减小到25.5 GPa，当调制周期为8 nm时，CrWN/MoN纳米多层涂层硬度与弹性模量均达到最大值，分别为30.2 GPa和354.6 GPa。随着调制周期的减小，CrWN/MoN纳米多层涂层平均摩擦系数由0.45逐渐减小到0.29，磨损速率由4.2×10^?7 mm³/(N.m)逐渐减小到3.3×10^?7 mm³/(N.m)。结论 调制周期对CrWN/MoN纳米多层涂层性能影响较大，调制周期厚度为8 nm时，CrWN/MoN纳米多层涂层的硬度最大，耐磨性能最好。     

W含量对CrWN涂层在干摩擦和油润滑下的摩擦学性能影响

利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪、3D形貌仪和往复式摩擦磨损试验机考察了W含量对CrWN涂层在干摩擦和PAO润滑条件下的摩擦学性能影响。结果发现：随W含量的增加,利用离子束辅助沉积技术制备的CrWN涂层显微结构从致密柱状晶变成粗大柱状晶,再变成纤维状晶。硬度随W含量的增加先增大后减小,当W含量为9.96 at.%时硬度最大。CrWN涂层在干摩擦条件下的摩擦系数随W含量的增加先减小后趋于不变,但在PAO润滑条件下的摩擦系数随W含量的增加逐渐减小。干摩擦下, 掺少量W元素会加重CrN涂层试样及其对磨球的磨损;但W掺杂显著改善CrN涂层试样及其对磨球在PAO润滑条件下的耐磨性。