不同基体表面氮化物涂层冲蚀磨损特性研究

发布时间：2020-07-23 04:41

【摘要】：本文采用离子束辅助真空脉冲过滤弧技术在钛合金(Ti6A14V)、硬质合金(YG6)基体上沉积二元TiN、三元TiAlN、四元TiAlSiN涂层,设计气体喷砂冲蚀试验,探究各涂层的冲蚀磨损特性,得到系统的不同基体上各涂层的冲蚀磨损机理。检测涂层的物相成分,详细分析涂层内部结构,测定其物理机械性能,结果表明:(1)TiN(1 11)为TiN涂层的主要组成相,TiAlN相为TiAlN的主要组成相,TiAlSiN涂层的XRD图谱呈现出了单立方相(Ti,Al)N结构;(2)对比TiN涂层,TiAlN因A1元素加入较TiN涂层更加致密,TiAlSiN涂层因Si元素的加入结构进一步致密,表面更加平整;(3)YG6基体上涂层硬度由大到小的顺序为TiAlNTiAlSiNTiN,Ti6A14V基体上涂层硬度由大到小的顺序为TiAlNTiNTiAlSiN。在YG6基体上的TiAlN涂层硬度最高,其值为23.13 GPa,在Ti6A14V基体上的TiAlSiN涂层硬度最低,其值为14.67 GPa。涂层的弹性模量在230 GPa至625 GPa之间;结合力方面,在YG6基体上涂层与其结合力由大到小的顺序为TiAlSiNTiAlNTiN,在Ti6A14V基体上涂层与基体的结合力由大到小的顺序为TiAlNTiAlSiNTiN,另外,三种涂层都与YG6结合力更强。在两种基体上的TiN、TiAlN、TiAlSiN涂层表面设计气体喷砂试验,得到如下结果:(1)YG6和Ti6A14V基体上涂层冲蚀磨损率由低到高的顺序为TiAlNTiNTiAlSiN;且 TiAlN、TiN、TiAlSiN 涂层在 YG6 基体上较在 Ti6A14V 基体上冲蚀磨损率低;(2)在Ti6A14V表面,氮化物涂层冲蚀磨损率随H/E及H3/E2增大而减小;在YG6表面涂层冲蚀磨损率随涂层与基体弹性模量差值降低有一定程度减小;(3)在较硬基体上涂层抗冲蚀磨损能力更加优异。通过观察不同基体上TiN、TiAlN、TiAlSiN冲蚀表面,总结对比不同基体上涂层的冲蚀磨损机理,得到如下结果:(1)涂层在Ti6A14V上微观冲蚀形貌与在YG6基体上形貌的最大差异,表现为在冲蚀初期Ti6A14V基体上涂层多出现三角状冲蚀微挤压痕、犁削痕等形变,随冲蚀时间增加在形变区域边界处出现裂纹,由于Ti6A14V基体较软、涂层较硬,二者受冲蚀产生的变形量差异较大,导致冲蚀后期涂层的大片完整剥落,因此涂层在Ti6A14V基体上抗冲蚀磨损性能较在YG6基体上差;(2)TiN涂层在Ti6A14V表面冲蚀磨损机理包括塑性和脆性疲劳断裂材料去除,在YG6表面其机理表现为脆性疲劳断裂;TiAlN涂层在Ti6A14V上冲蚀表面以塑性冲蚀磨损特征为主,在YG6上表现为微切削和塑性疲劳断裂两种;TiAlSiN涂层在Ti6A14V上冲蚀磨损机理在冲蚀初期以塑性破坏和裂纹扩展为主,而在YG6上TiAlSiN冲蚀形貌表现出明显的脆性材料剥落特征。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4
【图文】：

优化了涂层的组织结构［７—８］，极其适用于制备硬质涂层。多弧离子镀区别于一般逡逑离子镀的辉光放电沉积，在蒸发源阴极靶与阳极壳体之间应用弧光放电，使靶逡逑材蒸发，从而在空间中生成等离子体，对基体进行镀膜沉积，如图１－１所示。逡逑－．１邋＋逡逑逦千逡逑逦＾逦邋ＨＨＨＨＨｆｅｌ逡逑氮化钦涂层逦；．，｜逦？逡逑靶Ｍ（ｅ．ｇ．Ｔｉ）逦阳极没各Ｑ逡逑—＋逡逑图１－１离子镀制备涂层原理图逡逑２逡逑

冲蚀角（°）逡逑图１－２粒子直径对脆性材料冲蚀率的影响（冲蚀粒子为碳化硅，冲蚀速度１５０邋ｍ／ｓ）逡逑磨料粒度对脆性材料冲蚀磨损性能的影响关系如图１－２所示，当磨粒直径为逡逑２８ｐｍ以及１２４＾ｍ时，冲蚀粒径粒度对不同冲击角度时材料的冲蚀率影响不大，逡逑５逡逑

张翼飞等［２５］通过数值模拟的方式，建立了球形Ａ１２０３颗粒冲击覆有ＴｉＮ／Ｔｉ涂逡逑层ＴＣ４基体的二维轴对称模型，主要通过等效塑性应变（ＰＥＥＱ）这一指标来衡量逡逑涂层厚度等对其抗冲蚀性能的影响。图１－４展示了单层涂层随厚度增加基体最大逡逑ＰＥＥＱ变化趋势，单层涂层时在厚度小于１２邋ｐｍ时最大ＰＥＥＱ出现振荡现象，分逡逑析原因为涂层厚度较小，冲击载荷多由基体承担，随厚度增加，冲击载荷由涂逡逑层承担，卸载阶段涂层又将部分能量传递给基体。逡逑０．２５逦逡逑0－２0＼／ｗ＾＊＾Ｎ＼逡逑Ｕ邋＼逡逑翅逦＼逡逑赳邋０．１５－逦＼逡逑ｍ逦＼逡逑壀逦Ｖ逡逑ｆ邋ｏ．ｉｏ－逡逑？邋0（）Ｊ＿，＿＿，＿，＿＿，＿，逡逑＇＇０逦５逦１０逦１５逦２０逦２５逦３０逦３５逡逑硬涂层厚度（｜ｉｍ）逡逑图１４基体的最大ＰＥＥＱ随硬涂层厚度变化逡逑Ｄｏｂｒｚａｈｓｋｉ等［２６］首先在黄铜表面制备１００邋ｎｍ厚Ｔｉ过渡层

【参考文献】

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本文编号：2766863