隨著航空航天等高端制造業發展，鈦合金等難加工材料應用廣泛，但其切削高溫導致刀具磨損突出；綠色高速干切削技術的發展進一步要求刀具低摩擦、高耐磨。表面微織構與硬質自潤滑涂層結合是改善刀具性能的重要方向，MoN 涂層的協同作用機理待深入研究。光子灣科技的高端光學測量技術為材料研究提供支撐，本文結合共聚焦顯微鏡三維成像，研究表面微織構 MoN 涂層的織構調控與摩擦學性能，為高端制造涂層應用提供參考。

#Photonixbay.

微織構 MoN 涂層的制備與表征

微織構MoN涂層制備示意圖

1.實驗準備

選用M2 高速鋼和單晶Si 片為基材，M2 高速鋼經打磨、拋光處理，所有基材均通過丙酮、酒精超聲清洗以去除表面油污。

2.涂層制備

采用兩步法制備微織構MoN 涂層：第一步通過磁控濺射掩膜板法沉積 Cr 凸體支撐層，第二步在其表面反應濺射沉積 MoN 涂層。通過控制 Cr 層沉積時間調控微織構深度，改變掩膜板孔徑控制面積率（40%、50%、60%）。

3.表征方法

微觀結構表征：采用X 射線衍射（XRD）分析物相組成與擇優取向；掃描電子顯微鏡（SEM）觀察表面與截面形貌。

力學性能測試：納米壓入試驗測定硬度與彈性模量，壓入深度為薄膜厚度的10%。

摩擦學性能評估：共聚焦顯微鏡用于觀察磨損表面三維形貌，測量磨痕寬度、深度并計算磨損率。使用球盤式摩擦磨損試驗機，以WC-Co6% 硬質合金、304 不銹鋼、TC4 鈦合金為摩擦副，在不同載荷下進行干摩擦實驗。

#Photonixbay.

不同微織構深度的 MoN 涂層性能研究

不同微織構深度的MoN 涂層三維輪廓以及截面高度關系圖

1.微觀結構與力學性能

微織構MoN 涂層均由面心立方 Mo?N 相構成，隨深度從 300nm 增至 900nm，擇優取向由（111）逐漸轉變為（200），這與凸臺區離子鍍效果增強及沉積粒子表面遷移率增加相關。硬度與彈性模量隨深度增加呈上升趨勢，900nm 時硬度達 35.93GPa。

2.摩擦學性能

隨微織構深度增加，摩擦系數與磨損率均下降。4N 載荷下，無織構涂層摩擦系數為 0.37，900nm 深度涂層降至 0.27，磨損率降低約 79%。共聚焦顯微鏡觀察顯示，微織構通過減小實際接觸面積、儲存磨屑及生成Mo?O????潤滑相實現減摩。

#Photonixbay.

不同面積率的微織構 MoN 涂層性能研究

不同面積率微織構MoN 涂層的三維輪廓照片

1.微觀結構與力學性能

面積率由40% 增至 60% 時，涂層擇優取向由（200）轉為（111），不同面積率涂層硬度均約 35GPa，彈性模量變化較小。

2.摩擦學性能

與WC-Co6% 對磨時，摩擦系數隨面積率增加下降，磨損機制為磨粒磨損；與 304 不銹鋼對磨時，微織構涂層摩擦系數較無織構降低 23%，但隨面積率增加而增大；與 TC4 鈦合金對磨時，黏著磨損為主，黏著層削弱微織構作用，摩擦系數降幅隨面積率增加減小。共聚焦顯微鏡對磨痕的三維成像表明，減摩效果與接觸面積、磨屑儲存及摩擦膜組成相關。

本研究通過共聚焦顯微鏡等精密表征手段，深入解析了微織構參數對MoN 涂層性能的影響規律。微織構MoN 涂層的擇優取向隨深度和面積率變化而轉變，力學性能受織構參數影響顯著。摩擦學性能優于無織構涂層，其減摩耐磨機制與接觸面積減小、磨屑儲存及潤滑相生成相關，且因摩擦副不同而存在差異。光子灣科技的高端光學測量技術可為涂層材料的精密表征提供持續支持，助力高端制造領域中涂層技術的優化與應用。

#Photonixbay.

光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準測量任務，提供值得信賴的高質量數據。

超寬視野范圍，高精細彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結構、頻率、功能等五大分析技術

采用針孔共聚焦光學系統，高穩定性結構設計

提供調整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數據處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為表面微織構MoN 涂層的織構調控與摩擦學性能的研究提供表征技術支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準把控，成為推動航空航天等高端制造領域質量升級的重要光學測量工具。

#表面輪廓儀#三維成像#3d顯微鏡#表面粗糙度

感謝您本次的閱讀光子灣將持續為您奉上更多優質內容，與您共同進步。

*特別聲明：本公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，如涉及版權問題，敬請聯系，我們將在第一時間核實并處理。