【摘要】：本文采用離子束輔助真空脈沖過濾弧技術(shù)在鈦合金(Ti6A14V)、硬質(zhì)合金(YG6)基體上沉積二元TiN、三元TiAlN、四元TiAlSiN涂層,設(shè)計氣體噴砂沖蝕試驗,探究各涂層的沖蝕磨損特性,得到系統(tǒng)的不同基體上各涂層的沖蝕磨損機理。檢測涂層的物相成分,詳細(xì)分析涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu),測定其物理機械性能,結(jié)果表明:(1)TiN(1 11)為TiN涂層的主要組成相,TiAlN相為TiAlN的主要組成相,TiAlSiN涂層的XRD圖譜呈現(xiàn)出了單立方相(Ti,Al)N結(jié)構(gòu);(2)對比TiN涂層,TiAlN因A1元素加入較TiN涂層更加致密,TiAlSiN涂層因Si元素的加入結(jié)構(gòu)進一步致密,表面更加平整;(3)YG6基體上涂層硬度由大到小的順序為TiAlNTiAlSiNTiN,Ti6A14V基體上涂層硬度由大到小的順序為TiAlNTiNTiAlSiN。在YG6基體上的TiAlN涂層硬度最高,其值為23.13 GPa,在Ti6A14V基體上的TiAlSiN涂層硬度最低,其值為14.67 GPa。涂層的彈性模量在230 GPa至625 GPa之間;結(jié)合力方面,在YG6基體上涂層與其結(jié)合力由大到小的順序為TiAlSiNTiAlNTiN,在Ti6A14V基體上涂層與基體的結(jié)合力由大到小的順序為TiAlNTiAlSiNTiN,另外,三種涂層都與YG6結(jié)合力更強。在兩種基體上的TiN、TiAlN、TiAlSiN涂層表面設(shè)計氣體噴砂試驗,得到如下結(jié)果:(1)YG6和Ti6A14V基體上涂層沖蝕磨損率由低到高的順序為TiAlNTiNTiAlSiN;且 TiAlN、TiN、TiAlSiN 涂層在 YG6 基體上較在 Ti6A14V 基體上沖蝕磨損率低;(2)在Ti6A14V表面,氮化物涂層沖蝕磨損率隨H/E及H3/E2增大而減小;在YG6表面涂層沖蝕磨損率隨涂層與基體彈性模量差值降低有一定程度減小;(3)在較硬基體上涂層抗沖蝕磨損能力更加優(yōu)異。通過觀察不同基體上TiN、TiAlN、TiAlSiN沖蝕表面,總結(jié)對比不同基體上涂層的沖蝕磨損機理,得到如下結(jié)果:(1)涂層在Ti6A14V上微觀沖蝕形貌與在YG6基體上形貌的最大差異,表現(xiàn)為在沖蝕初期Ti6A14V基體上涂層多出現(xiàn)三角狀沖蝕微擠壓痕、犁削痕等形變,隨沖蝕時間增加在形變區(qū)域邊界處出現(xiàn)裂紋,由于Ti6A14V基體較軟、涂層較硬,二者受沖蝕產(chǎn)生的變形量差異較大,導(dǎo)致沖蝕后期涂層的大片完整剝落,因此涂層在Ti6A14V基體上抗沖蝕磨損性能較在YG6基體上差;(2)TiN涂層在Ti6A14V表面沖蝕磨損機理包括塑性和脆性疲勞斷裂材料去除,在YG6表面其機理表現(xiàn)為脆性疲勞斷裂;TiAlN涂層在Ti6A14V上沖蝕表面以塑性沖蝕磨損特征為主,在YG6上表現(xiàn)為微切削和塑性疲勞斷裂兩種;TiAlSiN涂層在Ti6A14V上沖蝕磨損機理在沖蝕初期以塑性破壞和裂紋擴展為主,而在YG6上TiAlSiN沖蝕形貌表現(xiàn)出明顯的脆性材料剝落特征。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4
【圖文】：

優(yōu)化了涂層的組織結(jié)構(gòu)［７—８］，極其適用于制備硬質(zhì)涂層。多弧離子鍍區(qū)別于一般逡逑離子鍍的輝光放電沉積，在蒸發(fā)源陰極靶與陽極殼體之間應(yīng)用弧光放電，使靶逡逑材蒸發(fā)，從而在空間中生成等離子體，對基體進行鍍膜沉積，如圖１－１所示。逡逑－．１邋＋逡逑邐千逡逑邐＾邐邋ＨＨＨＨＨｆｅｌ逡逑氮化欽涂層邐；．，｜邐？逡逑靶Ｍ（ｅ．ｇ．Ｔｉ）邐陽極沒各Ｑ逡逑—＋逡逑圖１－１離子鍍制備涂層原理圖逡逑２逡逑

沖蝕角（°）逡逑圖１－２粒子直徑對脆性材料沖蝕率的影響（沖蝕粒子為碳化硅，沖蝕速度１５０邋ｍ／ｓ）逡逑磨料粒度對脆性材料沖蝕磨損性能的影響關(guān)系如圖１－２所示，當(dāng)磨粒直徑為逡逑２８ｐｍ以及１２４＾ｍ時，沖蝕粒徑粒度對不同沖擊角度時材料的沖蝕率影響不大，逡逑５逡逑

張翼飛等［２５］通過數(shù)值模擬的方式，建立了球形Ａ１２０３顆粒沖擊覆有ＴｉＮ／Ｔｉ涂逡逑層ＴＣ４基體的二維軸對稱模型，主要通過等效塑性應(yīng)變（ＰＥＥＱ）這一指標(biāo)來衡量逡逑涂層厚度等對其抗沖蝕性能的影響。圖１－４展示了單層涂層隨厚度增加基體最大逡逑ＰＥＥＱ變化趨勢，單層涂層時在厚度小于１２邋ｐｍ時最大ＰＥＥＱ出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，分逡逑析原因為涂層厚度較小，沖擊載荷多由基體承擔(dān)，隨厚度增加，沖擊載荷由涂逡逑層承擔(dān)，卸載階段涂層又將部分能量傳遞給基體。逡逑０．２５邐逡逑0－２0＼／ｗ＾＊＾Ｎ＼逡逑Ｕ邋＼逡逑翅邐＼逡逑赳邋０．１５－邐＼逡逑ｍ邐＼逡逑壀邐Ｖ逡逑ｆ邋ｏ．ｉｏ－逡逑？邋0（）Ｊ＿，＿＿，＿，＿＿，＿，逡逑＇＇０邐５邐１０邐１５邐２０邐２５邐３０邐３５逡逑硬涂層厚度（｜ｉｍ）逡逑圖１４基體的最大ＰＥＥＱ隨硬涂層厚度變化逡逑Ｄｏｂｒｚａｈｓｋｉ等［２６］首先在黃銅表面制備１００邋ｎｍ厚Ｔｉ過渡層

【參考文獻】

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1 景浩;張鈞;趙時璐;戴步實;;硬質(zhì)涂層膜/基結(jié)合力的測定方法與改善途徑[J];熱加工工藝;2015年24期

2 張翼飛;何光宇;王學(xué)德;何衛(wèi)鋒;柴艷;;航空發(fā)動機葉片TiN/Ti涂層基體沖蝕響應(yīng)數(shù)值模擬[J];表面技術(shù);2015年07期

3 陳瑞芳;倪澤炎;花銀群;薛青;;磁控濺射參數(shù)及基片材料對銅薄膜結(jié)合強度的影響[J];熱加工工藝;2013年24期

4 龔才;代明江;陳明安;韋春貝;侯惠君;;基體材料對TiN薄膜表面液滴及薄膜結(jié)合力的影響[J];中國表面工程;2013年01期

5 石永敬;潘復(fù)生;王維青;楊世才;龍思遠(yuǎn);朱光俊;;濺射沉積鋁合金基CrTiAlN涂層的結(jié)構(gòu)、力學(xué)以及摩擦學(xué)特性[J];中國有色金屬學(xué)報;2011年09期

6 吳笛;;物理氣相沉積技術(shù)的研究進展與應(yīng)用[J];機械工程與自動化;2011年04期

7 崔貫英;張鈞;;多弧離子鍍(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制備及力學(xué)性能研究[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報;2010年03期

8 董超蘇;邱萬奇;代明江;林松盛;;真空電弧離子鍍ZrN涂層的工藝與性能[J];新技術(shù)新工藝;2009年11期

9 王寶云;李爭顯;嚴(yán)鵬;杜繼紅;;鈦合金表面電弧離子鍍TiN/TiAlN多層復(fù)合涂層的組織及性能[J];稀有金屬材料與工程;2008年08期

10 李志強;曾燮榕;韓培剛;熊信柏;劉強;;電弧離子鍍TiN/TiAlN復(fù)合涂層摩擦磨損性能研究[J];深圳大學(xué)學(xué)報(理工版);2008年01期

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1 張克棟;基體表面織構(gòu)化TiAlN涂層刀具的制備與應(yīng)用的基礎(chǔ)研究[D];山東大學(xué);2017年

2 劉愛華;PVD氮化物涂層的高溫摩擦磨損特性及機理研究[D];山東大學(xué);2012年

3 顏培;ZrTiN梯度涂層刀具的制備及性能研究[D];山東大學(xué);2012年

4 吳鳳芳;PVD氮化物涂層的沖蝕磨損特性及機理的研究[D];山東大學(xué);2011年

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1 黃志翔;ZrTiAlN涂層的制備及其沖蝕磨損機理研究[D];湖南工業(yè)大學(xué);2016年

2 高鵬;AlCrN涂層表面微/納織構(gòu)的制備及其摩擦磨損特性研究[D];山東大學(xué);2016年

3 王昆侖;多弧離子鍍沉積TiAlSiN涂層及其性能研究[D];山東大學(xué);2015年

4 張磊;物理氣相沉積法制備TiN,CrN,TiAlN及TiAlN/氮化復(fù)合涂層的性能研究[D];華中科技大學(xué);2015年

5 王振玉;TiSiN納米復(fù)合硬質(zhì)涂層的制備與物性研究[D];寧波大學(xué);2014年

6 謝文偉;氮化物涂層的沖蝕磨損模擬研究[D];湘潭大學(xué);2012年

7 馮世杰;AZ91D表面真空蒸鍍Al及Zn/Al復(fù)合涂層的組織與性能研究[D];太原理工大學(xué);2010年

本文編號：2766863