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基于海水环境下CrMoSiCN涂层结构，力学性能及摩擦学特性的研究

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为了提高应用于海洋工程装备上的零部件的综合性能，并延长其使用寿命。本文通过控制沉积时钼靶的溅射电流，采用闭合式非平衡磁控溅射技术在Ti-6Al-4V合金上制备出不同的CrMoSiCN涂层。并对其微观结构，力学性能和在海水环境下的摩擦学特性进行系统的研究。
CrMoSiCN薄膜制备过程：使用石墨靶，C，Mo和Cr元素分别利用钼靶和铬靶同时沉积到薄膜中，N和Si元素分别通过N2和TMS（三甲基硅烷）来沉积到薄膜中。在沉积过程中， 钼靶的电流密度分别设定为0.5A，1A，1.5A，2A，2.5A和3A。样品编号分别对应为CrMoSiCN-0.5，CrMoSiCN-1，CrMoSiCN-1.5，CrMoSiCN-2，CrMoSiCN-2.5和CrMoSiCN-3。
采用场发射扫描电子显微镜来观测薄膜的表面和截面形貌，利用纳米压痕仪对薄膜的力学性能来进行测试。利用杠杆式“球-盘”摩擦磨损试验机来对薄膜在室温条件下海水环境中的摩擦学特性进行测试，对磨小球为Al2O3球，实验参数设置为：负载2N，速度0.1m/s和滑动距离500m。
实验结果表明，在CrMoSiCN涂层中形成了（Cr，Mo）N置换固溶体，随着钼靶溅射电流密度的进一步增加，涂层中会形成更多的Mo2N相。由于涂层中各元素含量及相的组成成分不同，导致涂层的微观结构，力学性能和摩擦学性能不同。如图1，在CrMoSiCN-1涂层时逐渐出现柱状形貌，并随着钼靶电流密度增加，柱状形貌逐渐变得致密模糊，随着钼靶电流密度进一步增加，柱状形貌又在CrMoSiCN-3涂层重新出现。在钼靶溅射电流密度为2A的条件下制备的CrMoSiCN涂层具有最高的硬度值（24.78 GPa）, H/E值（0.147）和H3/E2值（0.077）。这是由于薄膜中置换固溶体的增多，会打乱薄膜的柱状结构，并且有助于细化晶体结构，防止产生位错并能有效的阻碍裂纹的产生。随钼靶电流密度的增加，摩擦系数逐渐下降，但涂层的磨损率逐渐升高。这是由于在摩擦过程中发生了摩擦化学反应，产生了钼的氧化物，可以有效的降低摩擦系数，但是会加剧涂层的磨损。