清华大学摩擦学国家重点实验室方刚课题组在固态制冷材料的研究方向上取得新突破

第54卷.第3期.2021年3月
后渗氮层，由于涂层内部的疏松多孔结构，导致试样磨
损阶段出现脆性剥落的情况，试样表面和GCrl5对磨
球在磨损测试期间黏附与滑动交替进行,形成了许多黏
着坑，造成摩擦系数的明显变化。

先渗氮再渗钒可以制
得具有致密组织的涂层并与基体形成紧密结合状态，可
以显著降低黏着磨损的程度，这主要是因为其表面生成
了许多具有较大硬度的光滑V/N涂层，显著降低了摩擦
系数，从而使其磨痕深度较低并避免了犁沟的产生。

3结论
(1)相比单V涂层,N V涂层能够获得更为光滑的表面，主要包含NV(l l l)与a-F e2种物相组织。

先渗
氮后渗钒层中N元素含量较高，涂层的表面富集了大
量的F e。

(2)V/N涂层硬度（1 691H V)高于N/V涂层的硬度（1 546HV),且均比单一渗钒层硬度（1 311HV)高，
涂层硬度均远高于不锈钢基体的硬度。

(3)与其他涂层相比，先渗氮再渗钒涂层具有更小的摩擦系数(0.26)，可以快速形成稳定磨损状态，其摩
擦系数变化曲线相对平缓。

先渗氮再渗钒可以制得具
有致密组织的涂层并与基体形成紧密结合状态，显著
降低了摩擦系数,从而使其磨痕深度较低并避免了犁
沟的产生。

[参考文献]
[1 ]王安仁，陈立平，张庆春.V205制备V N的还原氮化机
理[J].过程工程学报，2013, 13(4): 168-173.
[2]董洪亮，李国军，崔学军•高性能陶瓷涂层的制备技术
与发展趋势[J].材料导报，2008, 22(S2): 183-186.
[3 ]C O R B I E R E T C M, R E S SNIG D, G I O R D A N O C, et a l.
Focused Radiation Heating for Controlled High Temperature
Chemistry, Exemplified with the Preparation of Vanadium
Nitride Nanoparticles [J ]. R S C Advances,2013, 3 (35 )：
15 337-15 343.
[4 ]W A N G X, C H E N B Z, X I A O W D, et a l.Preparation
Technology of Vanadium Nitride by Microwave Heating[ J].
Rare Metal Materials and Engineering, 2010, 39(5) ： 924-
927.
[5]孔德军，周朝政.T D处理制备碳化钒（V C)涂层的摩擦
磨损性能[J].摩擦学学报，2011，31(4): 335-339.
[6 ]孔德军，周朝政，吴永忠.T D处理制备V C涂层-基体元
素扩散与界面特征[J].材料热处理学报，2012, 33(8):
140-146.
[7 ]杨胜，夏洋，兰丽丽，等.集束型多层纳米薄膜沉积
设备的研制[J].真空科学与技术学报，2020, 40( 11):1 096-1 102.
[8]蔡宏中，易健宏，李旭铭，等.化学气相沉积温度对钽涂
层的显微组织及力学性能的影响[J].材料保护，2020,
53(6) ： 94-97.
[9]王志明，郭建永，王卓，等.激光熔覆涂层摩擦磨损性
能的研究进展[J].材料保护，2019, 52(10): 127-133. [10]向俊，李承洋，王浩宇，等.模具钢表面盐浴渗钛层的
制备及性能研究[J].工具技术，2016, 50(9) : 27-30. [11]万强，罗畅，魏民，等.A l C r N/V N多层涂层力学性
能及其热稳定性[J].表面技术，2019, 48(4): 130-136.
[12]田灿鑫，何诗敏，何世斌，等.V N基硬质耐磨涂层的制
备及其性能[J].表面技术，2019, 48(4): 152-159. [13]李淼磊，王恩青，岳建岭，等.T i A l N/V N纳米多层膜的
微结构与力学和摩擦学性能[J].无机材料学报，2017,
32(12)：1 280-1 284.
[14]仇越秀，李波，赵栋梁.C r A l N/V N多层膜调制比对涂
层性能的影响[J].钢铁研究学报，2014 , 26(3): 40-45.
[编校:范宏义] i清华大学摩擦学国家重点实验室{ !方刚课题组在固态制冷材料的i 研究方向上取得新突破
I f
近日，清华大学摩擦学国家重点实验室方刚!
i课题组在固态制冷材料的研究取得重要进展。

他I +们提出一种全新策略制备出同时具备高强靭、高+
j稳定性、低能耗及高能效的梯度结构镍钛形状记I +忆合金制冷材料。

相关成果以《局部激光热处理+
I制备梯度结构镍钛合金以提高其弹热制冷性能》I | (Improved elastocaloric cooling performance in gradi- | f ent-structured NiTi alloy processed by localized laser f j surface annealing)为题，于 2021年 2 月 24* 日在线j +发表在金属材料领域著名的国际学术期刊《材料+ 学报》（Acta Materialia)上。

j本研究首次通过强塑变和激光退火制备出具t
+有梯度晶粒结构的镍钛形状记忆合金并系统展示+
}其热力学性能及潜在物理机制。

高强度、高延性、{
+高稳定性、低滞后及高潜热特性使其在制冷能力+
|和效率方面遥遥领先于目前已报道的固态制冷j 1剂，，这为高性能绿色固态制冷材料的制备提供了冬
+新的思路。

+本文第一作者为博士生陈俊余，方刚副教授J +为通讯作者，论文合作者还包括清华大学机械工+
f程系雷丽萍副研究员、清华大学材料学院刘伟教f ^授及博士生邢磊磊。

该研究工作得到了国家重点+
{研发计划项目、国家自然科学基金项目的资助。

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