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真空多弧离子镀制备Ti(CN)涂层及其性能研究
摘要
本文使用真空多弧离子镀技术制备Ti（CN）涂层，并对其性能进行了研究。研究表明，Ti（CN）涂层具有优异的耐磨性和良好的抗氧化性能，适用于各种机械零件的表面涂层。
关键词：真空多弧离子镀；Ti（CN）涂层；耐磨性；抗氧化性能
引言
表面涂层技术是提高机械零件的耐磨性、抗腐蚀性和抗氧化性的重要手段。Ti（CN）涂层是一种由钨（W）或钽（Ta）离子掺杂的TiN涂层，在高温环境下具有优异的耐烧蚀性和抗氧化性能，是一种具有广泛应用前景的涂层材料。真空多弧离子镀技术是一种高质量的表面涂层技术，具有高沉积速率、优异的颗粒状态和高质量薄膜的特点，是制备Ti（CN）涂层的理想工艺。
材料与方法
本实验使用TiN为靶材，于真空多弧离子镀设备中进行制备。首先对基板进行清洗和抛光处理，然后通过真空抽气将气压降至约1×10-4Pa以下。在室温下，通过施加10kV的加速电压，使靶材发生溅射，同时向反电极注入氮气和氩气混合气体。经过一定时间的沉积，制备出Ti（CN）涂层样品。
采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和热重分析仪（TGA）等工具对样品的微观形貌、结构和热稳定性等进行了表征分析。同时，利用洛氏硬度计和球盘摩擦试验机等测试设备对样品的硬度、摩擦系数和耐磨性进行了测量。
结果与分析
SEM图像显示制备出的Ti（CN）涂层表面平整，颗粒分布均匀。XRD图表明涂层具有fcc晶体结构，并出现了由W和Ta掺杂的特征峰，表明涂层中存在掺杂元素。TGA分析表明涂层在高温下具有良好的热稳定性，可以在500℃的高温下长时间稳定地存在。
洛氏硬度计测试结果表明Ti（CN）涂层的硬度约为2800~3000HV，明显高于基板的硬度（约为2000HV），表明涂层具有良好的硬度。球盘摩擦试验结果表明，Ti（CN）涂层的摩擦系数约为0.3，表明涂层对摩擦具有一定的抑制作用。耐磨性测试结果表明，在100N负荷下，Ti（CN）涂层耐磨性好于基材。
结论
本文使用真空多弧离子镀技术制备出Ti（CN）涂层，并对其性能进行了研究。研究表明，Ti（CN）涂层具有优异的耐磨性和良好的抗氧化性能，适用于各种机械零件的表面涂层。