雙陰極等離子濺射制備納米硅化物涂層的研究.pdf

1、本文采用雙陰極等離子濺射沉積技術在TC4合金表面制備納米Cr3Si、Cr-Si-N、NiSi2/Ti5Si3涂層，以改善TC4合金高溫抗氧化性能、磨損性能和腐蝕性能。通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微分析(TEM)等檢測方法研究了三種納米晶涂層的微觀組織結構，并測試三種納米涂層硬度、結合力、磨損性能、高溫氧化性能和腐蝕性能，探討了納米涂層的韌化、氧化、磨損和腐蝕機理。
　　 結果表明：納米Cr3Si

2、涂層組織均勻致密，晶粒尺寸小于5nm。納米Cr3Si涂層硬度高達28Gpa，是粗晶材料的2.37倍，且具有較高的致密度。晶粒細化改善Cr3Si涂層的韌性，賦予涂層優(yōu)良的強韌性結合。納米Cr3Si涂層與基體結合良好，結合力為80N。納米Cr3Si涂層具有優(yōu)異的抗氧化性能，氧化動力學遵循拋物線定律，表面形成了連續(xù)致密的Cr2O3和非晶SiO2氧化膜。納米Cr3Si涂層的磨損對載荷不敏感，比磨損率與TC4合金相比降低了兩個數(shù)量級。腐蝕性能測試

3、結果表明細小的晶粒加快了鈍化元素的擴散，促進連續(xù)致密的鈍化膜的形成，賦予納米Cr3Si涂層良好的腐蝕性能。
　　 納米Cr-Si-N涂層由CrN組成，Si以固溶體的形式存在于CrN中。氮分壓的升高導致納米Cr-Si-N涂層晶粒細化，且沿著(111)晶面擇優(yōu)生長。而溫度的升高促使納米Cr-Si-N涂層的擇優(yōu)取向從(111)向(200)轉變。氮分壓和溫度的升高促進了涂層硬度的提高，而涂層的結合力隨著氮分壓的提高而降低。磨損試驗結果表

4、明納米Cr-Si-N涂層具有優(yōu)異的耐磨性能。
　　 納米NiSi2/Ti5Si3復合涂層由外層厚度為7 μm的NiSi2沉積層和其下3 μm厚的Ti5Si3擴散層組成，沉積層的平均晶粒尺寸約為20-40 nm左右，而擴散層的平均晶粒尺寸約為70-100 nm，且存在大量的柵欄狀孿晶。納米晶NiSi2/Ti5Si3復合涂層硬度呈梯度分布，與基體具有較高的結合強度，其結合力為49 N。晶粒細化和孿晶提高了涂層的韌性。磨損試驗和腐蝕性