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一种梯度过渡结构对DLC涂层力学和摩擦性能的影响

为了改善TB17钛合金表面DLC涂层的摩擦磨损性能，在阴极多弧离子镀沉积制备的TiTiNTiCN过渡层基础上，通过周期性地改变Ar、N₂、C₂H₂气体流量形成TiTiN_xTiC_xN_y梯度过渡层结构，而后通过中频磁控溅射沉积WC-DLC涂层。采用TEM和SEM对涂层的微结构和形貌进行分析，通过显微硬度计、划痕仪和摩擦试验机测试对比两种过渡层DLC涂层的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明，梯度过渡层为多晶微结构，其内部由于N元素发生了偏析和扩散现象，存在厚度为5nm的周期分层结构，形成富氮层和贫氮层，层厚比关系大约为1:4，这种富/贫氮层形成软硬交替的微结构，对过渡层结构的承载能力和耐磨性能有利。相比原来的TiTiNTiCN过渡层涂层，TiTiN_xTiC_xN_y梯度过渡层结构的DLC涂层在显微硬度和结合性能上均有所提高，磨损深度和磨损率分别减小37%和46%，DLC涂层的性能进一步得到优化。这主要是由于梯度过渡层中的富氮层和贫氮层交替形成了软硬叠加结构改善应力的分布，提高了涂层的显微硬度和承载性能，在摩擦过程中减缓微裂纹扩展生长速率，进而促进其耐磨性能改善。