DLC、TiN涂層對TC4鈦合金抗砂塵沖蝕性能的影響
【圖文】：
40mA，連續(xù)掃描，衍射角范圍為20°~80°。1.2.2力學性能測試采用WS-2005涂層附著力自動劃痕儀測量DLC、TiN涂層與基體的結合力，加載速率100N/min，載荷100N，劃痕長度10mm，選擇聲發(fā)射模式。采用Agilent公司生產的NanoIndenterG200型納米壓痕儀評定DLC、TiN涂層的納米硬度與彈性模量，其壓頭為Berkovich型金剛石壓頭。為減少基體對涂層性能的影響，選擇深度測試模式，壓入深度60nm，隨機選取5個點測量，取其平均值。1.2.3抗砂塵沖蝕性能考核在固體顆粒沖蝕臺上考核DLC、TiN涂層以及裸露TC4試樣的抗砂塵沖蝕性能。圖1是該試驗設備的示意圖，主要由供氣系統(tǒng)、供砂系統(tǒng)和試驗艙等組成。其中，供氣系統(tǒng)主要通過提供不同壓力的空氣來控制粒子的速度，供砂系統(tǒng)采用螺桿裝置，可通過調節(jié)轉速精確控制砂塵供給率。待沖蝕試樣以一定角度安裝在試驗艙內的夾具上，砂塵粒子經供氣系統(tǒng)提供的壓縮空氣加速后由噴嘴噴出，沖蝕試樣表面。試驗條件為：空氣壓力0.2MPa，，砂塵粒子(取自塔克拉瑪干沙漠，主要成分為SiO2，粒徑為100~250μm的粒子超過85%)經粒子圖像測速方法(Particleimagevelocimetry,PIV)測得平均速度為80m/s、供給率為10g/min，噴嘴內徑8mm，噴嘴距試樣15mm，砂塵沖蝕角度分別為30°和90°。沖蝕時間為20min，前5min每隔1min將試件取出，后15min每隔5min將試件取出，采用電子分析天平(精度0.1mg)稱量試樣剩余質量，記錄單次質量損失。每組沖蝕試驗重復3次取平均值。2結果與討論2.1表面形貌與組織結構TC4鈦合金基體及DLC、TiN涂層的表面形貌如圖2所示�？梢钥吹剑篋LC涂層表面總體上比較致密，但存在一些長短深淺不一的劃痕，這是由于涂層較薄，受到了TC4基體表面狀態(tài)的影響；TiN表面存在許多熔滴顆粒以及空穴。
2.2力學性能劃痕法是采用劃針在涂層表面逐漸加壓劃過時，涂層發(fā)生開裂時的最小壓力來表征涂層與基體的結合強度，該過程可通過聲發(fā)射信號來監(jiān)測，當聲發(fā)射信號突變時，認為涂層發(fā)生開裂。圖5為DLC、TiN涂層的聲信號監(jiān)測結果。由圖可知：DLC涂層與基體的結合力約為80.4N，TiN涂層與基體的結合力約為34.7N，DLC涂層結合力約為TiN涂層的2.3倍，分析可知，采用MEVVA離子注入技術，大幅增加了涂層與基體的結合力。這是因為高能Ti離子被注入到基體材料時，能夠形成“釘扎層”，在此基礎上再沉積Ti層，可使Ti層與基體結合力大大增加。材料的抗沖蝕性能不僅與其硬度H有關，還受到彈性模量E的影響。通常采用H3/E2的值表示材料抵抗塑性變形的能力，一般認為，隨H3/E2的值增大，材料的抗沖蝕性能提高[21]。表3給出了TC4鈦合金、DLC及TiN涂層的硬度、彈性模量和圖2TC4鈦合金及DLC、TiN涂層的表面形貌Fig.2SurfacemorphologiesofTC4titaniumalloy,DLCandTiNcoating圖3DLC涂層的拉曼光譜Fig.3RamanspectraoftheDLCcoating圖4TiN涂層的XRD圖譜Fig.4XRDpatternsoftheTiNcoating圖5聲發(fā)射信號強度與載荷的關系Fig.5Relationshipbetweenacousticemissionintensityandnormalload第4期曹鑫，等：DLC、TiN涂層對TC4鈦合金抗砂塵沖蝕性能的影響63
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