發(fā)布時間：2020-11-10 11:18

　　 苛刻環(huán)境下發(fā)動機組件存在嚴重的固體顆粒(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機、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線衍射儀(XRD)等對膜層沖蝕性能、形貌及物相結(jié)構(gòu)進行測試表征。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［１５］研究發(fā)現(xiàn)非晶帶出現(xiàn)在界面處，如薄膜與過渡層、過渡層與基體，因此分析認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，圖中縱坐標值的絕對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基體進行沖蝕，其沖蝕深度的增加速率明顯增大，表現(xiàn)出膜層對基體良好的沖蝕保護作用。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（沿沖蝕斑方向）在不斷減薄，但在沖蝕擠壓－薄片剝落的磨損過程中，膜層內(nèi)部未出現(xiàn)明顯的開裂裂紋，或其裂紋很小，而只達到單個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作用而被迅速沖蝕磨耗。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態(tài)變化過程對比，同時對多層膜進行一次壓應(yīng)力作用下的劃痕測試。圖８為劃痕下膜層的截面形貌，可見膜層仍能粘附于基體上，并同基體一起變形。進一步沿壓應(yīng)力增大的方向觀察多層膜破裂的截面形貌，見圖９。可見隨著壓應(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

顯的開裂裂紋，或其裂紋很小，而只達到單個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作用而被迅速沖蝕磨耗。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態(tài)變化過程對比，同時對多層膜進行一次壓應(yīng)力作用下的劃痕測試。圖８為劃痕下膜層的截面形貌，可見膜層仍能粘附于基體上，并同基體一起變形。進一步沿壓應(yīng)力增大的方向觀察多層膜破裂的截面形貌，見圖９�？梢婋S著壓應(yīng)力的增大，多層膜破裂的裂紋在不斷向基體內(nèi)部延伸擴展。多層膜的破裂主要呈現(xiàn)層間破裂失效，裂紋穿過一定厚度的交替層之后，開始橫向發(fā)展，縱向發(fā)展裂紋受到抑制。在作用載荷進一步增加并達到一定程度后，縱向裂紋在新的位置萌生并擴展，在其達到交替膜的某一厚度時，發(fā)展為橫向裂紋。多層膜延長裂紋的擴展路徑，使裂紋有更長的時間行走在多層膜之間，延長失效過程，當外界壓應(yīng)力達到一定程度后，膜層的裂紋才呈現(xiàn)出一定角度的擴展，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】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 金杰;王麗葉;黃曉林;孟祥宇;陳蘊博;高克瑋;;復(fù)合離子束制備氮化物多層膜的抗沖蝕性能[J];中國表面工程;2014年05期

2 李詩卓,柴黎明;利用沖蝕法評價硬質(zhì)膜與底材結(jié)合強度的試驗研究[J];固體潤滑;1990年04期

3 劉燕燕,張慶瑜,林國強;電弧離子鍍制備(TiCr)N薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及性能[J];真空科學(xué)與技術(shù);2002年04期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林小東;宋緒丁;傅高升;;電弧離子鍍與中頻磁控濺射復(fù)合制備TiAlN薄膜[J];中國表面工程;2008年04期

2 林小東;宋緒丁;傅高升;;復(fù)合工藝制備TiAlN薄膜及其高溫抗氧化性能研究[J];表面技術(shù);2010年06期

3 付志強;王成彪;李金麗;于翔;彭志堅;;負偏壓對多弧離子鍍制備的(Ti,Cr)N膜的影響[J];稀有金屬材料與工程;2010年S1期

4 高玉周,陳軍,林國強,嚴立;電弧離子鍍(TiNb)N硬質(zhì)薄膜的成分、結(jié)構(gòu)與硬度[J];大連海事大學(xué)學(xué)報;2004年01期

5 黃選民;侯廷紅;幸澤寬;;氮化鈦涂層及其復(fù)合涂層的研究進展[J];電鍍與精飾;2009年02期

6 金杰;王麗葉;黃曉林;孟祥宇;陳蘊博;高克瑋;;復(fù)合離子束制備氮化物多層膜的抗沖蝕性能[J];中國表面工程;2014年05期

7 孫德恩;黃佳木;王焱;林亮;Sam Zhang;;抗固體粒子沖蝕物理氣相沉積涂層的研究進展[J];功能材料信息;2014年06期

8 Q.Zhou;J.Y.Xie;F.Wang;P.Huang;K.W.Xu;T.J.Lu;;The mechanical behavior of nanoscale metallic multilayers:A survey[J];Acta Mechanica Sinica;2015年03期

9 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

10 董小虹,黃拿燦,黎炳雄,蘇宇輝,張中弦,李亞軍;關(guān)于電弧離子鍍Ti-N系涂層的若干技術(shù)問題[J];金屬熱處理;2005年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 劉兆政;稀土對CrAlTiN薄膜制備和性能的影響及機理研究[D];吉林大學(xué);2009年

2 趙時璐;多弧離子鍍Ti-Al-Zr-Cr-N系復(fù)合硬質(zhì)膜的制備、微結(jié)構(gòu)與性能[D];東北大學(xué)　;2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 宋娟;射頻磁控濺射法制備ZrW_2O_8/Cu梯度薄膜及其性能研究[D];江蘇大學(xué);2008年

2 楊娟;脈沖偏壓電弧離子鍍氮化鉻涂層的制備技術(shù)及性能[D];西南大學(xué);2009年

3 佟莉娜;復(fù)合離子鍍AlTiN薄膜的結(jié)構(gòu)和性能研究[D];天津師范大學(xué);2012年

4 張馨元;多元多層復(fù)合膜的制備及性能研究[D];西華大學(xué);2012年

5 孫國偉;多弧離子鍍制備TiZrN復(fù)合涂層及其性能的研究[D];東北大學(xué);2010年

6 王永剛;PVD涂層的性能及其在銀幣模具上的應(yīng)用[D];東北大學(xué);2009年

7 苗國策;等離子噴焊Ni基WC增強耐磨涂層的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 李振;TiN復(fù)合涂層與(Ti,Cr)N三元涂層的制備與性能研究[D];華中科技大學(xué);2013年

9 王乃瀟;小載荷沖擊條件下鋼材磨損行為的試驗研究[D];青島理工大學(xué);2014年

10 馮于平;AlN基硬質(zhì)涂層熱穩(wěn)定性、高溫氧化行為及耐腐蝕性能研究[D];中南大學(xué);2014年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 李詩卓,王敏,張鴻天;聲發(fā)射監(jiān)聽劃痕法評價膜層結(jié)合情況的有效性[J];無機材料學(xué)報;1988年01期

本文編號：2877869