沖蝕磨損作為航空航天、能源、動力等工業(yè)領域材料破壞的重要原因之一,引起人們的廣泛關注。為了獲得良好的抗沖蝕性能,研究人員開始在工件表面制備涂層。TiN涂層作為曾使用最廣泛的抗沖蝕涂層,能夠有效的保護工件表面,從而提高工件使用壽命。近年來,隨著工業(yè)的進步,TiN涂層已被具有高硬度、耐磨損、抗氧化性和自潤滑等優(yōu)良性能的TiAlN涂層逐漸替代。同時為了進一步提高TiAlN涂層的綜合性能,研究者開始添加Si、Cr、C等元素形成納米復合涂層,探究加入元素對TiAlN基涂層性能的提升作用。目前對TiAlN基涂層沖蝕磨損性能研究較少,因此,本文著重研究了添加Si、Cr元素后對TiAlN基涂層的沖蝕磨損性能的影響。本文采用電弧離子鍍技術分別在不銹鋼SUS321、鈦合金TC4和硬質(zhì)合金YT15三種材料上制備了 TiAlN、TiAlSiN和TiAlCrSiN涂層。用掃描電鏡（SEM）分析沖蝕實驗前后涂層與基體的表面、斷面微觀形貌;用能譜分析儀（EDS）分析涂層的組成成分;用X射線衍射儀（XRD）分析涂層物相組成和晶粒尺寸;用光學輪廓儀檢測涂層表面粗糙度;用納米壓痕儀和材料表面性能測試儀測量試樣的力學性能和... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?ＴｉＡＩＮ涂層物相結(jié)構(gòu)隨Ａｌ元素含量變化的示意圖ＰＩ??

山東大學碩士論文??■■??（ｃ）?ＣｒＮ（Ｖ＝１２０?ｍ／ｓ）?（ｄ）?ＴｉＳｉＮ?（?Ｖ＝?１００?ｍ／ｓ．）??圖１－２單晶硅基體上ＣｒＮ、ＴｉＮ和ＴｉＳｉＮ涂層的表面沖蝕形貌??黃志翔等Ｍ在硬質(zhì)合金ＹＴ１５和碳鋼Ｑ２３５Ａ基體上制備ＺｒＴｉＡＩＮ涂層，選用??白剛玉作為沖蝕磨料，在噴砂氣壓為０．４５ＭＰａ沖蝕條件下對ＺｒＴｉＡＩＮ涂層進行沖??蝕實驗，發(fā)現(xiàn)涂層因基體不同而展現(xiàn)出不同的沖蝕形貌。ＹＴ１５基體上的ＺｒＴｉＡＩＮ??沖蝕磨損機理為既有脆性疲勞斷裂又有塑性疲勞破壞；Ｑ２３５Ａ基體上ＺｒＴｉＡＩＮ則??是僅有脆性斷裂。??Ｙａｎｇ等關用氧化鋁（尺寸５０＿）對鈦合金基體上ＣｒＴｉＡＩＮ涂層進行沖蝕實??驗，發(fā)現(xiàn)不同沖蝕角下的涂層材料去除方式不同。在沖蝕角低于４５°時，涂層??沖蝕磨損機理為微切削；在沖蝕角高于４５°時，涂層的沖蝕磨損機理既有微切??削，也有脆性疲勞斷裂。??１Ａ２沖蝕磨損特性影響因素研究現(xiàn)狀??涂層支撐來自于基體，薄涂層厚度僅為幾微米，粒子沖擊涂層時其作用力很??可能通過涂層到達基體，因此涂層沖蝕磨損特性不僅受涂層性能影響，更與基體??性能緊密相連。??（１）涂層硬度??對于高沖蝕角下硬度Ｈ對涂層抗沖蝕性能的影響，各學者得出的結(jié)果并不一??致，有些學者認為在高角度沖蝕下，涂層硬度越高，抗沖蝕性能越好。Ｂｏｕｓｓｅｒ??等關對不銹鋼ＡＩＳＩ４１０基體上的ＣｒＮ涂層和ＣｒＳｉＮ涂層進行沖蝕實驗，發(fā)現(xiàn)在９０°??沖蝕角下硬度較高的ＣｒＳｉＮ涂層的沖蝕速率遠低于ＣｒＮ涂層。但也有學者發(fā)現(xiàn)在??高角度下，高硬度涂層抗沖蝕性能卻比較差。Ｌａｇｕｎａ－Ｃａｍａｃｈｏ等關在鋁６０６１和??鋼４１４０基

第２章涂層制備和表征方法??第２章涂層制備和表征方法??２．１涂層設計和涂層制備??２．１．１?ＴｉＡＩＮ基涂層設計準則??如圖２－１，從涂層結(jié)構(gòu)看，ＰＶＤ納米復合涂層類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，為界面相包裹??基本相的結(jié)構(gòu)。??圖２－１納米復合涂層結(jié)構(gòu)的示意圖??目前，普遍認為納米復合涂層主要有四種強化機制，分別為Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ細晶??強化理論共格協(xié)調(diào)應變理論［６４］、固溶強化［６５］和Ｓ．Ｖｅｐｒｅｋ的非晶包裹納米晶??｛ｎｃ－ＴｉＮ／ａ－Ｓｉ３Ｎ４）模型［６６］。??（１）?Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ細晶強化理論??材料的晶粒尺寸減小，其涂層材料內(nèi)部所生成的微裂紋和空位的尺寸隨之減??小，因而提高材料的強度和硬度。??（２）共格協(xié)調(diào)應變理論??該理論認為涂層間因點陣錯配而產(chǎn)生的共格協(xié)調(diào)應變使涂層硬度增加。??（３）固溶強化理論??固溶強化指的是在制備涂層的過程中，添加的其它元素有一部分會溶入原有??晶體的晶格內(nèi)，從而增強涂層性能的理論。??（４）?Ｓ．Ｖｅｐｒｅｋ的非晶包裹納米晶（ｎｃ－ＴｉＮ／ａ－Ｓｉ３Ｎ４）模型??該模型認為ＴｉＮ／Ｓｉ３Ｎ４復合涂層會形成非晶態(tài)Ｓｉ３Ｎ４界包裹ＴｉＮ納米晶的結(jié)構(gòu)，??１３??

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3528281