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CrMoCN薄膜的结构及海水环境中的摩擦学特性研究

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本文在海洋装备常用材料Ti6Al4V上，采用磁控溅射技术，通过改变Mo靶（0.5 A~3.0 A）的溅射电流，制备了含有不同Mo含量（1.4％~9.8％）的CrMoCN薄膜。其中Cr，Mo和N元素主要以（Cr，Mo）N固溶体晶体的形式存在，而C元素主要以非晶a-C（a-CNx）存在。随着薄膜中Mo含量的增加，表面形态变得更加紧凑。薄膜的硬度和弹性模量先增加后减小。含有6.4％Mo的CrMoCN薄膜显示出了最高的硬度和弹性模量。在海水环境中，Mo含量的增加使得CrMoCN薄膜的摩擦系数和磨损率总体下降，Mo含量最高的CrMoCN薄膜表现出了最佳的摩擦学性能。这主要是因为CrMoCN薄膜摩擦化学反应形成的MoO3润滑层提升了润滑效果。同时，SiC材料的水合反应形成了具有一定润滑作用的凝胶状SiO2•2H2O。由于两个摩擦层的协同润滑和减磨效果，两者的磨损程度得到缓解。另一方面，在与Al2O3球对磨后，Mo含量的增加使得CrMoCN薄膜的摩擦系数和Al2O3球的磨损率总体下降，但CrMoCN薄膜本身的磨损率却在增加。这是因为在海水环境中形成的MoO3虽然有效地降低了摩擦系数并保护了Al2O3球，但薄膜的润滑效果同时增加了材料本身的损失。通过对薄膜磨痕中的元素分析得出：CrMoCN薄膜的磨损机理主要是磨粒和摩擦化学磨损。