第十五届全国表面工程大会

过渡金属硼化物涂层因其高硬度、高熔点及优异的热稳定性成为硬质耐磨涂层领域的研究热点，但其抗氧化性能不足限制了其工业应用。本研究基于多层结构设计构建了WB₂/AlB₂多层涂层体系，以结合WB₂的高硬度和AlB₂涂层的优异抗氧化性。采用非反应磁控溅射方法制备了具有不同调制周期(λ, 3−50 nm)和不同调制比(η, WB₂/AlB₂=1, 2, 3)的WB₂/AlB₂纳米多层涂层，并研究其微观结构与性能演变。结果表明AlB₂单层涂层呈现由立方Al与四方AlB₁₂组成的双相结构，硬度仅为1.9 GPa。由于六方WB₂层的模板效应，所有多层涂层均为单相六方结构，且具有(0001)择优取向。透射电镜分析证实了WB₂与AlB₂层间的共格界面。WB₂/AlB₂具有超晶格效应，其硬度均高于混合法则计算的理论值。多层涂层硬度和弹性模量随λ增大逐渐降低，但当λ从15 nm增至45 nm时，硬度和弹性模量再次升高。其中，λ为3 nm、η为2的WB₂/AlB₂硬度值最高，为33.1 GPa。第一性原理计算表明λ为1−6 nm时弹性模量随λ增大而降低，与实验结果相符。AlB₂层的引入使得WB₂/AlB₂多层的涂层的氧化起始温度较WB₂升高了~100°C。在600 ℃氧化1 h后，λ为6 nm、η=1的WB₂/AlB₂多层涂层的氧化物呈现非晶态特征并伴随挥发现象。本研究为设计兼具优异力学和抗氧化性能的过渡金属硼化物涂层提供了依据。

过渡金属硼化物；WB2/AlB2；微结构；硬度；抗氧化性