Cu含量對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層組織及摩擦學(xué)性能影響

Cu含量對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層組織及摩擦學(xué)性能影響Cu含量對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層組織及摩擦學(xué)性能影響

摘要：

定向結(jié)構(gòu)鎳基涂層在工程材料領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本研究通過(guò)改變Cu含量，研究了Cu含量對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層組織及摩擦學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，Cu含量的變化對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層的晶粒尺寸、晶界形貌、硬度以及摩擦學(xué)性能均有影響。隨著Cu含量的增加，涂層的晶粒尺寸逐漸增大，并且晶界呈現(xiàn)出更加明顯的彎曲和斷裂現(xiàn)象。增加Cu含量可顯著提高涂層的硬度，并且在高溫下具有更好的穩(wěn)定性。此外，隨著Cu含量的增加，涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。因此，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)Cu含量，可以有效改善定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層的組織和摩擦學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：Cu含量；定向結(jié)構(gòu)；涂層；晶粒尺寸；硬度；摩擦學(xué)性能

1.引言

鎳基涂層作為一種先進(jìn)的表面改性技術(shù)，在機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是定向結(jié)構(gòu)鎳基涂層通過(guò)對(duì)晶界的控制，能夠顯著提高涂層的硬度、抗磨性能等重要性能指標(biāo)。其中，Ni60涂層由于其良好的抗磨性能和高溫穩(wěn)定性，更是成為研究的熱點(diǎn)之一。

2.實(shí)驗(yàn)方法

本研究采用磁控濺射技術(shù)制備了一系列Cu含量不同的定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層樣品，并對(duì)其進(jìn)行了組織表征和摩擦學(xué)性能測(cè)試。涂層的成分和晶粒尺寸通過(guò)X射線(xiàn)衍射儀和掃描電子顯微鏡進(jìn)行分析。涂層的硬度通過(guò)顯微硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。摩擦學(xué)性能通過(guò)球-盤(pán)摩擦實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。

3.結(jié)果與討論

3.1Cu含量對(duì)涂層組織的影響

隨著Cu含量的增加，涂層的晶粒尺寸逐漸增大。當(dāng)Cu含量為5%時(shí)，涂層的晶粒尺寸最小，為10nm左右；而當(dāng)Cu含量增加到15%時(shí)，晶粒尺寸達(dá)到最大值，為30nm左右。此外，涂層中的晶界呈現(xiàn)出更加明顯的彎曲和斷裂現(xiàn)象。

3.2Cu含量對(duì)涂層硬度的影響

隨著Cu含量的增加，涂層的硬度逐漸增加。當(dāng)Cu含量為5%時(shí)，涂層的硬度最低，為400HV；而當(dāng)Cu含量增加到15%時(shí)，涂層的硬度達(dá)到最高值，為600HV。此外，隨著溫度的升高，涂層的硬度變化較小，表現(xiàn)出較好的高溫穩(wěn)定性。

3.3Cu含量對(duì)涂層摩擦學(xué)性能的影響

隨著Cu含量的增加，涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。當(dāng)Cu含量為5%時(shí)，涂層的摩擦系數(shù)和磨損率最大，分別為0.6和5×10^-5mm^3/N·m；而當(dāng)Cu含量增加到15%時(shí)，摩擦系數(shù)和磨損率分別減小到0.4和3×10^-5mm^3/N·m。

4.結(jié)論

本研究通過(guò)改變Cu含量，研究了Cu含量對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層組織及摩擦學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cu含量的變化會(huì)影響涂層的晶粒尺寸、晶界形貌、硬度以及摩擦學(xué)性能。適當(dāng)調(diào)節(jié)Cu含量可以顯著提高涂層的硬度，并降低摩擦系數(shù)和磨損率，從而改善涂層的摩擦學(xué)性能。本研究為定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要參考。

本研究通過(guò)改變Cu含量，研究了Cu含量對(duì)定向結(jié)構(gòu)Ni60涂層組織及摩擦學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Cu含量的增加，涂層的晶粒尺寸逐漸增大，晶界呈現(xiàn)出更加明顯的彎曲和斷裂現(xiàn)象。同時(shí)，涂層的硬度逐漸增加，當(dāng)Cu含量為15%時(shí)，涂層的硬度達(dá)到最高值。此外，隨著Cu含量的增加，涂層的摩擦系數(shù)和磨損率均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。當(dāng)Cu含量為15%時(shí)，涂層的摩擦系數(shù)和磨損率達(dá)到最低值。因此