PVD氮化物及类金刚石硬质涂层的冲蚀磨损行为研究
发布时间：2022-01-09 17:03
PVD涂层具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数和化学稳定性等优点,因而在摩擦磨损领域应用广泛。在恶劣的冲蚀环境中,表面涂覆有PVD硬质涂层的零部件能有效的抵抗固体颗粒的冲蚀,从而提高零部件的服役寿命。本文采用阴极电弧离子镀技术在钛合金TC4、硬质合金YG6和YT15三种基体上制备AlCrN和TiAlSiCN涂层,采用磁控溅射技术在三种基体上制备类金刚石（DLC）涂层,并对涂层的冲蚀磨损行为进行了系统的研究。对涂层的微观结构、相组成及主要物理机械性能进行了检测与分析。结果表明:（1）涂层元素分布均匀且涂层致密,涂层厚度均匀,涂层与基体结合良好,涂层与基体元素在涂-基界面处有一定的相互扩散。（2）AllrN涂层中主要存在AlN和CrN相,TiAlSiCN涂层中主要存在TN相,DLC涂层拉曼光谱进行高斯拟合后,在15G8cm-1附近出现G峰和在1397cm-1附近出现D峰。（3）相同涂层在不同基体上的硬度值偏差极小。三种涂层中,TiAlBiCN涂层的硬度最高,约为32 GPa,AlCrN涂层的硬度最低,约为23 GPa。同一涂层的弹性模量和塑性变形指数Rp在不同基体上的测量值不同,在TC4基体上...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一l材料冲蚀磨损的主要影响因素示意图
与冲击粒子（粒子尺寸Ｄ、粒子形状、粒子机械性能）、冲蚀条件（冲击角度０、??冲击速度心等）及基体材料的性能（硬度Ｈｐ、弹性模量Ｅ、断裂韧性Ｋｅ等）等??因素相关，如图１－１所示。一般地，可根据冲蚀特征将材料的冲蚀磨损机理分为??两大类：塑性材料冲蚀磨损机理和脆性材料冲蚀磨损机理［１１］。塑性材料冲蚀磨损??主要表现为微切削、犁削、冲击凹坑等塑性变形特征，且材料在低冲蚀角度（２０°－??４０°）表现出最大的冲蚀磨损率。脆性材料冲蚀磨损破坏形式主要是裂纹产生，??裂纹扩展交叉使得材料脆性剥落，且材料的冲蚀磨损率随冲击角度的增加而增大，??如图１－２所示。??■＾冲击粒子??杖人Ｖ?￡?．．．?＿—＿？菡体??Ｉ?＾??图１－１材料冲蚀磨损的主要影响因素示意图??」?＼??／?＼??Ｉ?！?、、??§?－?ｆ?＼?Ｂｎｔｔｉｅ＾??０?ｍ?６０?９０??ｉｒ＾ｐａｃｔ?ａｎｇｌｅ??图１－２冲蚀角度对塑性材料和脆性材料冲蚀磨损率的影响??２??
因此，在冲击过程中几乎不产生塑性变形便出现裂纹，随后在粒子进一步??反复冲击下很快脆断。脆性材料在粒子的冲击下产生几种裂纹类型类似于在表面??压痕产生的裂纹［１８］，如图１－３所示。钝的固体颗粒（如球形粒子）以低速冲击材??料表面仅会引起材料的弹性变形，但在临界拉伸应力下，材料表面缺陷处可能产??生圆形裂纹，裂纹逐渐扩展发展为锥形裂纹（如图ｌ－３（ａ）），多个裂纹相交时，??将发生材料的剥落。由于在现实的冲蚀环境下，冲蚀介质主要以小尺寸尖角状的??固体颗粒为主，所以，这种裂纹形式在实际的冲蚀环境中出现的较少。角状小颗??粒在冲击材料表面时，大的接触应力会使材料表面产生塑性变形区域，当应力达??到临界水平时，会出现径向和中间裂纹（如图ｌ－３（ｂ）和（ｃ）），并可能产生裂纹交??叉形成半月型裂纹（如图ｌ－３（ｄ））。载荷卸载时，塑性变形区和弹性变形区之间??的应力不匹配时
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗冲蚀磨损涂层的研究及应用进展[J]. 林松盛,周克崧,代明江. 材料研究与应用. 2018(03)
[2]无氢DLC涂层的摩擦学性能[J]. 董传贺,魏修亭,李志永,张伟,李帅,王志刚,史伟良. 材料保护. 2017(08)
[3]DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响[J]. 曹鑫,何卫锋,何光宇,廖斌,张虹虹,李应红. 中国表面工程. 2016(04)
[4]不同过渡层对DLC薄膜力学性能和摩擦学性能的影响[J]. 卓国海,柯培玲,李晓伟,汪爱英,赵运才. 中国表面工程. 2015(06)
[5]抗冲蚀磨损涂层的研究进展[J]. 姚梦佳,李春福,何俊波,侯宇. 材料导报. 2015(S2)
[6]挟沙风作用下风力机叶片涂层冲蚀磨损研究进展[J]. 张永,刘召,黄超,田月,刘文斐. 新能源进展. 2015(05)
[7]TiAlSiN多元PVD涂层的研究[J]. 李佳,陈利,王社权. 硬质合金. 2010(05)
[8]转炉煤气鼓风机叶轮的应力腐蚀及对策[J]. 彭建鄂,闫孟秋. 风机技术. 2008(03)
博士论文
[1]Ti-TiN-Zr-ZrN抗冲蚀多层膜的制备、结构及性能[D]. 林松盛.华南理工大学 2016
[2]类金刚石（DLC）多层薄膜残余应力调控及其机械性能研究[D]. 徐照英.西南交通大学 2013
[3]PVD氮化物涂层的冲蚀磨损特性及机理的研究[D]. 吴凤芳.山东大学 2011
硕士论文
[1]不同基体表面氮化物涂层冲蚀磨损特性研究[D]. 邹雪倩.山东大学 2018
[2]ZrTiAlN涂层的制备及其冲蚀磨损机理研究[D]. 黄志翔.湖南工业大学 2016
本文编号：3579106
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
一l材料冲蚀磨损的主要影响因素示意图
与冲击粒子（粒子尺寸Ｄ、粒子形状、粒子机械性能）、冲蚀条件（冲击角度０、??冲击速度心等）及基体材料的性能（硬度Ｈｐ、弹性模量Ｅ、断裂韧性Ｋｅ等）等??因素相关，如图１－１所示。一般地，可根据冲蚀特征将材料的冲蚀磨损机理分为??两大类：塑性材料冲蚀磨损机理和脆性材料冲蚀磨损机理［１１］。塑性材料冲蚀磨损??主要表现为微切削、犁削、冲击凹坑等塑性变形特征，且材料在低冲蚀角度（２０°－??４０°）表现出最大的冲蚀磨损率。脆性材料冲蚀磨损破坏形式主要是裂纹产生，??裂纹扩展交叉使得材料脆性剥落，且材料的冲蚀磨损率随冲击角度的增加而增大，??如图１－２所示。??■＾冲击粒子??杖人Ｖ?￡?．．．?＿—＿？菡体??Ｉ?＾??图１－１材料冲蚀磨损的主要影响因素示意图??」?＼??／?＼??Ｉ?！?、、??§?－?ｆ?＼?Ｂｎｔｔｉｅ＾??０?ｍ?６０?９０??ｉｒ＾ｐａｃｔ?ａｎｇｌｅ??图１－２冲蚀角度对塑性材料和脆性材料冲蚀磨损率的影响??２??
因此，在冲击过程中几乎不产生塑性变形便出现裂纹，随后在粒子进一步??反复冲击下很快脆断。脆性材料在粒子的冲击下产生几种裂纹类型类似于在表面??压痕产生的裂纹［１８］，如图１－３所示。钝的固体颗粒（如球形粒子）以低速冲击材??料表面仅会引起材料的弹性变形，但在临界拉伸应力下，材料表面缺陷处可能产??生圆形裂纹，裂纹逐渐扩展发展为锥形裂纹（如图ｌ－３（ａ）），多个裂纹相交时，??将发生材料的剥落。由于在现实的冲蚀环境下，冲蚀介质主要以小尺寸尖角状的??固体颗粒为主，所以，这种裂纹形式在实际的冲蚀环境中出现的较少。角状小颗??粒在冲击材料表面时，大的接触应力会使材料表面产生塑性变形区域，当应力达??到临界水平时，会出现径向和中间裂纹（如图ｌ－３（ｂ）和（ｃ）），并可能产生裂纹交??叉形成半月型裂纹（如图ｌ－３（ｄ））。载荷卸载时，塑性变形区和弹性变形区之间??的应力不匹配时
【参考文献】：
期刊论文
[1]抗冲蚀磨损涂层的研究及应用进展[J]. 林松盛,周克崧,代明江. 材料研究与应用. 2018(03)
[2]无氢DLC涂层的摩擦学性能[J]. 董传贺,魏修亭,李志永,张伟,李帅,王志刚,史伟良. 材料保护. 2017(08)
[3]DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响[J]. 曹鑫,何卫锋,何光宇,廖斌,张虹虹,李应红. 中国表面工程. 2016(04)
[4]不同过渡层对DLC薄膜力学性能和摩擦学性能的影响[J]. 卓国海,柯培玲,李晓伟,汪爱英,赵运才. 中国表面工程. 2015(06)
[5]抗冲蚀磨损涂层的研究进展[J]. 姚梦佳,李春福,何俊波,侯宇. 材料导报. 2015(S2)
[6]挟沙风作用下风力机叶片涂层冲蚀磨损研究进展[J]. 张永,刘召,黄超,田月,刘文斐. 新能源进展. 2015(05)
[7]TiAlSiN多元PVD涂层的研究[J]. 李佳,陈利,王社权. 硬质合金. 2010(05)
[8]转炉煤气鼓风机叶轮的应力腐蚀及对策[J]. 彭建鄂,闫孟秋. 风机技术. 2008(03)
博士论文
[1]Ti-TiN-Zr-ZrN抗冲蚀多层膜的制备、结构及性能[D]. 林松盛.华南理工大学 2016
[2]类金刚石（DLC）多层薄膜残余应力调控及其机械性能研究[D]. 徐照英.西南交通大学 2013
[3]PVD氮化物涂层的冲蚀磨损特性及机理的研究[D]. 吴凤芳.山东大学 2011
硕士论文
[1]不同基体表面氮化物涂层冲蚀磨损特性研究[D]. 邹雪倩.山东大学 2018
[2]ZrTiAlN涂层的制备及其冲蚀磨损机理研究[D]. 黄志翔.湖南工业大学 2016
本文编号：3579106
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