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沉积在钛合金基底上的CrN、CrAlN、CrAlN/CrN多层涂层的冲蚀磨损行为研究

氮化物涂层,PVD,冲蚀磨损,耐磨损机理

摘要：为了提高钛合金的耐冲蚀磨损性能，本文使用多弧离子镀将CrN、CrAlN、CrAlN/CrN多层三种涂层沉积于钛合金基底上。同时对三种涂层分别进行了30°和90°冲蚀角下的冲蚀磨损测试，研究了涂层机械性能对冲蚀磨损性能的影响以及它们的冲蚀磨损机理。研究结果表明，在CrN涂层中掺入Al元素能够明显提高涂层的硬度和弹性模量。而CrAlN涂层与CrN涂层组成的多层相较于CrN涂层不仅提高了硬度和弹性模量而且H/E的值也有所提高。CrN，CrAlN，CrAlN/CrN多层涂层的H/E值分别为0.05763，0.06795，0.07350。在30°和90°冲蚀角下冲蚀磨损测试发现，三种涂层中H/E值最高的CrAlN/CrN多层涂层冲蚀质量损失最少，其次是CrAlN单层涂层，质量损失最多的是CrN单层涂层。通过观察冲蚀后的涂层截面可以看到，30°冲蚀角下的冲蚀涂层去除模式主要以切削为主，内部很少有裂纹产生。而90°冲蚀角下的冲蚀涂层中，单层涂层往往会产生从涂层表面直达基底的贯穿性裂纹，而多层涂层的结构能够阻碍裂纹发展，偏折涂层的扩展方向。因此具有多层结构的CrAlN/CrN多层涂层的耐冲蚀性能最为突出。