不同基体表面氮化物涂层冲蚀磨损特性研究

摘要

本文采用离子束辅助真空脉冲过滤弧技术在钛合金(Ti6Al4V)、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(111)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，A1)N结构;(2)对比TiN涂层，TiAlN因Al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TiAlN＞TiAlSiN＞TiN，Ti6Al4V基体上涂层硬度由大到小的顺序为TiAlN＞TiN＞TiAlSiN。在YG6基体上的TiAlN涂层硬度最高，其值为23.13GPa，在Ti6Al4V基体上的TiAlSiN涂层硬度最低，其值为14.67GPa。涂层的弹性模量在230GPa至625GPa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TiAlSiN＞TiAlN＞TiN，在Ti6Al4V基体上涂层与基体的结合力由大到小的顺序为TiAlN＞TiAlSiN＞TiN，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Ti6Al4V基体上涂层冲蚀磨损率由低到高的顺序为TiAlN＜TiN＜TiAlSiN;且TiAlN、TiN、TiAlSiN涂层在YG6基体上较在Ti6Al4V基体上冲蚀磨损率低;(2)在Ti6Al4V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Ti6Al4V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Ti6Al4V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Ti6Al4V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Ti6Al4V基体上抗冲蚀磨损性能较在YG6基体上差;(2)TiN涂层在Ti6Al4V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Ti6Al4V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Ti6Al4V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。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的目的及意义

1．2 常见PVD涂层制备方法及其特点和应用

1．2．1 多弧离子镀

1．2．2 其他方法

1．3 冲蚀磨损及其影响因素

1．4 PVD硬涂层冲蚀磨损国内外研究现状

1．4．1 不同种类抗冲蚀磨损涂层

1．4．2 同种涂层不同基体抗冲蚀磨损性能优异

1．5 本课题的主要研究内容

第2章 不同基体表面氮化物涂层制备、结构及其物理机械性能

2．1 不同基体表面氮化物涂层的制备

2．2 不同基体表面氮化物涂层物相分析、微观结构观察

2．3 不同基体表面氮化物涂层物理机械性能

2．3．1 基体、涂层表面粗糙度

2．3．2 涂层硬度与弹性梗量

2．3．3 涂层与基体的结合力

2．4 本章小结

第3章 不同基体表面氮化物涂层抗冲蚀磨损性能研究

3．1 冲蚀磨损试验方法

3．2 不同基体表面氮化物涂层冲蚀磨损特性

3．3 不同基体表面氮化物涂层冲蚀表面的宏观形貌

3．4 不同基体表面氮化物涂层的抗冲蚀磨损性能影响因素

3．4．1 基体弹性模量对涂层冲蚀磨损性能的影响

3．4．2 基体硬度对涂层冲蚀磨损性能的影响

3．4．3 涂层硬度与弹性模量综合对涂层冲蚀磨损性能的影响

3．5 本章小结

第4章 不同基体表面氮化物涂层冲蚀磨损机理研究

4．1 TiN涂层冲蚀磨损机理研究

4．1．1 Ti6Al4V表面TiN涂层冲蚀表面的微观形貌

4．1．2 YG6表面TiN涂层冲蚀表面的微观形貌

4．1．3 TiN涂层冲蚀磨损机理

4．2 TiAlN涂层冲蚀磨损机理研究

4．2．1 Ti6A14V表面TiAIN涂层冲蚀表面的微观形貌

4．2．2 YG6表面TiAlN涂层冲蚀表面的微观形貌

4．2．3 TiAIN涂层冲蚀磨损机理

4．3 TiAlSiN涂层冲蚀磨损机理研究

4．3．1 Ti6Al4V表面TiAlSiN涂层表面微观形貌

4．3．2 YG6表面TiAlSiN涂层表面微观形貌

4．3．3 TiAlSiN涂层冲蚀磨损机理

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢