《表3 TiAlSiN涂层的H/E及H3/E2》

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《基底偏压对磁控溅射TiAlSiN涂层微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响》

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图6为不同偏压下沉积的TiAlSiN涂层在相同测试条件下的磨损率。由图6可见，在较低偏压下沉积的TiAlSiN-40和TiAlSiN-50涂层与更大偏压下沉积的涂层TiAlSiN-60、TiAlSiN-70和TiAlSiN-80相比，尽管其硬度相对较低，但其磨损率反而较小。有研究认为，涂层的高硬度有利于抵抗塑性变形，同时，相对较低的弹性模量利于将载荷分散到较大的区域，因此，H/E和H3/E2比值是反映涂层耐磨性的重要指标[19]。表3中给出了不同TiAlSiN涂层的H/E和H3/E2的比值。由表可见，H/E和H3/E2比值随基底偏压增加呈上升趋势（从图5中能看出硬度的增加量几乎总是大于弹性模量的增加量，因此H/E和H3/E2中分子的影响较大，所以比值越大），并在TiAlSiN-70涂层上达到最大。然而，TiAlSiN涂层的磨损率大小与表3中的H/E和H3/E2比值变化趋势并不相符，这意味着其他因素，如涂层的微观结构（特别是晶粒尺寸）及复杂的摩擦化学反应等对摩擦学实验结果有着重要影响。有研究表明，细晶涂层在磨损测试中易出现微晶断裂和“晶粒拔出”现象，从而加剧磨损[20]。由FIB和TEM结果可知，TiAlSiN-50涂层的晶粒尺寸为TiAlSiN-80涂层的2～3倍，对于具有大晶粒尺寸的TiAlSiN-40和TiAlSiN-50涂层，出现“晶粒拔出”和晶粒断裂的可能性较小。由摩擦化学反应而产生的氧化物磨屑，易于在大晶粒间界面处聚集，经反复压实而形成一层致密耐磨氧化物层，阻隔摩擦副与涂层的直接接触，而起到减磨作用。对于晶粒较小的TiAlSiN涂层，由于“晶粒拔出”和晶粒断裂现象，磨屑不易聚集形成致密氧化物阻隔层，磨粒磨损加剧而导致摩擦率较高。Lerenzo-Martin等研究了微观结构对磁控溅射CrN涂层摩擦学性能的影响，发现具有柱状晶结构的涂层耐磨性优于具有细晶CrN涂层[21]，与本实验结论相一致。