退火态钢质基体表面TiN和TiAlN涂层的结合性能与耐磨性研究

doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2025.01.07

摘要/Abstract

摘要： 采用阴极电弧离子镀技术在退火态合金钢表面沉积TiN和TiAlN涂层,使用扫描电镜和X射线衍射仪分析了所得涂层的结构、成分与物相组成,利用显微维氏硬度计测试了涂层的硬度,通过压痕法评价了涂层的结合性能,并采用往复式球-盘摩擦磨损试验测试了涂层的耐磨性能。结果表明,TiN和TiAlN两种涂层表面均平整,但TiAlN涂层表面有明显“液滴”缺陷。退火态合金钢表面TiN和TiAlN涂层均发生了择优生长,其中TiN涂层择优生长的晶面为（111）,而TiAlN涂层择优生长的晶面为（200）。沉积TiN和TiAlN涂层后,退火态合金钢的表面硬度分别提高3倍和6倍以上。尽管TiAlN涂层在硬度及摩擦因数上均优于TiN涂层,但由于TiAlN涂层与退火态合金钢结合性能差,导致其在磨损过程中发生剥落,使合金钢耐磨性降低。相比之下,TiN涂层为退火态合金钢提供了更为可靠的保护,显著提高了其表面的耐磨性。

关键词: 退火态合金钢, 阴极电弧离子镀, 涂层, 结合性能, 耐磨性

Abstract: The TiN and TiAlN coatings were deposited on annealed alloy steel by cathodic arc ion plating. The structure, composition and phase composition of the coatings were analyzed by scanning electron microscopy and X-ray diffractometer, the hardness of the coating was tested by micro Vickers hardness tester, the bonding properties of the coating were evaluated by indentation method, and the wear resistance of the coating was tested by reciprocating ball-disk friction and wear test. The results show that the surface of the TiN and TiAlN coatings are smooth. There are many "droplet" defects at the surface of TiAlN coating. Both TiN and TiAlN coatings grow in a preferred orientation. The preferred crystal plane of TiN coating is （111）, and that of the TiAlN coating is （200）. The hardness of annealed alloy steel coated with TiN and TiAlN coatings increases by more than 3 and 6 times, respectively. Although the hardness of TiAlN coating is significantly higher than that of the TiN coating and the friction coefficient is lower than that of the TiN coating, the TiAlN coating peeled off during wear due to the poor bonding performance between TiAlN coating and annealed alloy steel, which deteriorated the wear resistance of the alloy steel. The TiN coating can protect the annealed alloy steel substrate and significantly improve its surface wear resistance.

Key words: annealed alloy steel, cathodic arc ion plating, coating, bonding performance, abrasion resistance

中图分类号: TG174.4

赵兴忠. 退火态钢质基体表面TiN和TiAlN涂层的结合性能与耐磨性研究[J]. 真空, 2025, 62(1): 44-48.

ZHAO Xingzhong. Study on the Bonding Performance and Wear Resistance of TiN and TiAlN Coatings on the Annealed Steel Substrate[J]. VACUUM, 2025, 62(1): 44-48.

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