發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 11:18

　　 苛刻環(huán)境下發(fā)動(dòng)機(jī)組件存在嚴(yán)重的固體顆粒(SPE)沖蝕,導(dǎo)致其可靠性降低。為研究多層膜成分及調(diào)制周期對(duì)膜層沖蝕性能的影響,利用金屬蒸發(fā)真空弧離子源(MEVVA)和磁過(guò)濾陰極真空弧復(fù)合離子束沉積技術(shù)在AM355基材表面制備交替周期分別為5、13和26的3組CrNx/TimCr1-mN、TiNy/TimCr1-mN多層膜。采用微粒噴漿沖蝕試驗(yàn)機(jī)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線衍射儀(XRD)等對(duì)膜層沖蝕性能、形貌及物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試表征。結(jié)果表明:采用該技術(shù)制備的CrNx/TimCr1-mN、TiNy/TimCr1-mN多層膜結(jié)構(gòu)致密、交替層變化明顯。隨著交替周期的增加,兩體系多層膜的晶面間距減小,抗沖蝕性能得到提高,分別提高了8倍和20倍以上。
【部分圖文】：

Ｎｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮａｎｄＴｉＮｙ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ射角。可知：隨交替周期的增加，衍射角θ不斷增大（見(jiàn)圖４），因此多層膜的晶面間距不斷減校另在７５°～７７°范圍處存在寬化的衍射峰，表明膜層中含有一定的弱晶或者非晶ＴｉＮ（２２２）。文獻(xiàn)［１５］研究發(fā)現(xiàn)非晶帶出現(xiàn)在界面處，如薄膜與過(guò)渡層、過(guò)渡層與基體，因此分析認(rèn)為該弱晶或者非晶層可能存在于交替層的界面處。２．３多層膜的沖蝕性能多層膜的沖蝕性能測(cè)試結(jié)果如圖５和表２所示�；w沖蝕磨損率較為一致，從表２統(tǒng)計(jì)的各圖５沖蝕深度隨沖蝕粒子質(zhì)量的變化曲線Ｆｉｇ．５Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｄｅｐｔｈｄｅｐｅｎｄｏｎｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｐａｒｔｉｃｌｅｍａｓｓ表２ＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ和ＴｉＮｙ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ多層膜的沖蝕磨損率Ｔａｂｌｅ２ＥｒｏｓｉｏｎｗｅａｒｒａｔｅｓｏｆｔｈｅＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮａｎｄＴｉＮｙ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓＷｅａｒｒａｔｅｓ／（μｍ·ｇ－１）ＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ１０２６５２ＴｉＮｙ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ１０２６５２Ｃｏａｔｉｎｇｓ０．３４７０．２６１０．２３７０．１２３０．１０２０．０９７Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ２．０４６２．０６８２．０４９２．０６３２．０７８２．０２７Ｉｍｐｒｏｖｅｍｕｌｔｉｐｌｅ５．９０７．９２８．６５１６．７７２０．３７２０．９０膜層沖蝕磨損率中亦可看出基

中國(guó)表面工程２０１５年ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ多層膜的沖蝕斑中心輪廓曲線，圖中縱坐標(biāo)值的絕對(duì)值表示沖蝕斑距離薄膜表面的深度，原始位置為薄膜表面，設(shè)定為零。由圖６可以發(fā)現(xiàn)一旦多層膜被沖蝕掉（約消耗１０ｇ沖蝕粒子），繼續(xù)控制沖蝕粒子流量對(duì)基體進(jìn)行沖蝕，其沖蝕深度的增加速率明顯增大，表現(xiàn)出膜層對(duì)基體良好的沖蝕保護(hù)作用。圖７（ａ）為沖蝕斑邊緣膜層的減薄行為，膜層厚度隨沖蝕作用加強(qiáng)（沿沖蝕斑方向）在不斷減薄，但在沖蝕擠壓－薄片剝落的磨損過(guò)程中，膜層內(nèi)部未出現(xiàn)明顯的開(kāi)裂裂紋，或其裂紋很小，而只達(dá)到單個(gè)交替薄層厚度的尺度。圖７（ｂ）顯示部分區(qū)域的膜層在沖蝕減薄過(guò)程中，存在未完全磨耗而提前失效的情況，導(dǎo)致該膜層下基體因失去保護(hù)作用而被迅速?zèng)_蝕磨耗。圖６不同質(zhì)量沖蝕粒子作用下ＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ多層膜的沖蝕斑中心輪廓曲線Ｆｉｇ．６Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｃｅｎｔｅｒ－ｌｉｎｅｏｆｔｈｅｓｑｕａｒｅｊｅｔｓｃａｒｏｆｔｈｅＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ圖７沖蝕斑邊緣多層膜的截面形貌Ｆｉｇ．７Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓａｒｏｕｎｄｅｒｏｓｉｏｎｓｃａｒｓ為與多層膜在不斷沖擊的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程對(duì)比，同時(shí)對(duì)多層膜進(jìn)行一次壓應(yīng)力作用下的劃痕測(cè)試。圖８為劃痕下膜層的截面形貌，可見(jiàn)膜層仍能粘附于基體上，并同基體一起變形。進(jìn)一步沿壓應(yīng)力增大的方向觀察多層膜破裂的截面形貌，見(jiàn)圖９�？梢�(jiàn)隨著壓應(yīng)力的增大，多層膜破裂的裂紋在不斷向基體內(nèi)部延伸擴(kuò)

顯的開(kāi)裂裂紋，或其裂紋很小，而只達(dá)到單個(gè)交替薄層厚度的尺度。圖７（ｂ）顯示部分區(qū)域的膜層在沖蝕減薄過(guò)程中，存在未完全磨耗而提前失效的情況，導(dǎo)致該膜層下基體因失去保護(hù)作用而被迅速?zèng)_蝕磨耗。圖６不同質(zhì)量沖蝕粒子作用下ＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮ多層膜的沖蝕斑中心輪廓曲線Ｆｉｇ．６Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｓａｌｏｎｇｔｈｅｃｅｎｔｅｒ－ｌｉｎｅｏｆｔｈｅｓｑｕａｒｅｊｅｔｓｃａｒｏｆｔｈｅＣｒＮｘ／ＴｉｍＣｒ１－ｍＮｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ圖７沖蝕斑邊緣多層膜的截面形貌Ｆｉｇ．７Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓａｒｏｕｎｄｅｒｏｓｉｏｎｓｃａｒｓ為與多層膜在不斷沖擊的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程對(duì)比，同時(shí)對(duì)多層膜進(jìn)行一次壓應(yīng)力作用下的劃痕測(cè)試。圖８為劃痕下膜層的截面形貌，可見(jiàn)膜層仍能粘附于基體上，并同基體一起變形。進(jìn)一步沿壓應(yīng)力增大的方向觀察多層膜破裂的截面形貌，見(jiàn)圖９。可見(jiàn)隨著壓應(yīng)力的增大，多層膜破裂的裂紋在不斷向基體內(nèi)部延伸擴(kuò)展。多層膜的破裂主要呈現(xiàn)層間破裂失效，裂紋穿過(guò)一定厚度的交替層之后，開(kāi)始橫向發(fā)展，縱向發(fā)展裂紋受到抑制。在作用載荷進(jìn)一步增加并達(dá)到一定程度后，縱向裂紋在新的位置萌生并擴(kuò)展，在其達(dá)到交替膜的某一厚度時(shí)，發(fā)展為橫向裂紋。多層膜延長(zhǎng)裂紋的擴(kuò)展路徑，使裂紋有更長(zhǎng)的時(shí)間行走在多層膜之間，延長(zhǎng)失效過(guò)程，當(dāng)外界壓應(yīng)力達(dá)到一定程度后，膜層的裂紋才呈現(xiàn)出一定角度的擴(kuò)展，而非發(fā)生縱向式穿越。圖８劃痕下膜層的截面形貌Ｆｉｇ．８Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓｕｎ－ｄ
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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本文編號(hào)：2877869