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基于应力层间耦合结构调控WB2基硬质涂层的残余应力及力学和摩擦学性能研究

应力层间耦合结构；,WB2基硬质涂层；,力学性能；,摩擦学性能

采用WB₂靶材，利用直流磁控溅射法，通过控制Ar压强（0.4~1.0Pa）和沉积时间（10~90min），在YG8硬质合金和Si片上沉积了不同厚度及应力类型的WB₂单层涂层，并通过周期性改变工作压强和沉积时间设计了三种不同应力层间耦合结构的WB₂多层涂层（拉/压应力层间耦合WB2_1.0/WB2_0.4，压/拉应力层间耦合结构WB2_0.4/WB2_1.0，压/压应力层间耦合结构WB2_0.4/WB2_0.7）。结果表明，合适的残余压应力及（001）择优取向使WB2_0.4单层涂层具有最高硬度（H=43.0GPa）及较低磨损率（W=8.9×10^-8mm³/mN），而拉应力及（101）取向使WB2_1.0涂层硬度较低、磨损率较高；基于应力层间耦合结合设计了三种WB₂多层涂层：WB2_1.0/WB2_0.4（拉/压耦合）、WB2_0.4/WB2_1.0（压/拉耦合）和WB2_0.4/WB2_0.7（压/压耦合），区别于单层涂层，三种多层涂层均沿（101）取向生长，且晶粒尺寸和结晶度小于相同厚度的单层涂层，而残余应力则介于两个单层涂层之间；由于各个亚层弹性模量和微观结构相差较大，使估算残余应力与实际应力相差较大；拉/压应力耦合的WB2_1.0/WB2_0.4涂层因打底层和顶层为疏松的拉应力层表现出较差的力学和摩擦学性能，而压/拉应力和压/压应力层间耦合的WB₂多层涂层具有较高的力学和摩擦学性能，可有望进一步降低涂层残余应力、提高涂层厚度和使用寿命。