PCVD TiN-TiN+Si-TiN多層膜高溫微動(dòng)磨損行為研究.pdf

1、微動(dòng)磨損性能差是直接影響鈦合金在核電設(shè)備和航空發(fā)動(dòng)機(jī)中安全使用的主要因素之一，由此引發(fā)鈦合金在工作過(guò)程中發(fā)生微動(dòng)損傷而失效。提高鈦合金抗微動(dòng)磨損性能是人們普遍關(guān)注的問(wèn)題，但因微動(dòng)過(guò)程的復(fù)雜性，研究方法各異，并且基本都是研究室溫微動(dòng)磨損，少見高溫微動(dòng)磨損相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。所以研究高溫微動(dòng)磨損的損傷機(jī)理和運(yùn)行機(jī)制有著重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值。 利用高精度PLINT型高溫微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)TiN/TiN+Si

2、/TiN多層膜、等離子體浸沒(méi)離子注入與沉積(PⅢ＆D)TiN/Ti復(fù)合涂層和TiAlZr鈦合金基材進(jìn)行了高溫微動(dòng)磨損試驗(yàn)研究。對(duì)多層膜的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分做了XRD(X-ray Diffraction)、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析和能譜儀(EDS)分析。結(jié)合光學(xué)顯微鏡(OM)、Ambios XP-2臺(tái)階儀、掃描電子顯微鏡(SEM)和激光共焦掃描顯微鏡(LCSM)等儀器對(duì)磨痕形貌進(jìn)行觀察

3、分析和磨損量測(cè)量。重點(diǎn)探討了PCVD TiN/TiN+Si/TiN多層膜和TIALZR鈦合金基材在循環(huán)次數(shù)、位移幅值、法向載荷、溫度等參數(shù)下的微動(dòng)磨損行為，并將PCVD TiN/TiN+Si/TiN多層膜和PⅢ＆D TiN/Ti復(fù)合涂層做了微動(dòng)磨損行為對(duì)比研究。取得的研究結(jié)果如下： (1)PCVD TiN/TiN+Si/TiN多層膜在不同溫度下微動(dòng)運(yùn)行均遵從微動(dòng)圖理論。多層膜微動(dòng)區(qū)域由部分滑移區(qū)、混合區(qū)和滑移區(qū)組成。部分滑移區(qū)，

4、溫度變化對(duì)摩擦系數(shù)影響不大；滑移區(qū)，不同溫度下摩擦系數(shù)變化趨勢(shì)不同，200℃時(shí)摩擦系數(shù)比25℃和400℃時(shí)高。磨損量隨著溫度升高而增大。25℃和200℃時(shí)多層膜磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和剝層，400℃時(shí)磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為剝層和氧化磨損。 (2)溫度對(duì)TiAlZr鈦合金基材微動(dòng)磨損有重要的影響。微動(dòng)處于部分滑移區(qū)時(shí)，磨損輕微；處于混合區(qū)時(shí)，室溫和400℃時(shí)為粘著磨損與磨粒磨損并存，200℃時(shí)以粘著磨損為主；處于滑移區(qū)，25℃時(shí)以磨粒

5、磨損和剝層機(jī)制為主，200℃時(shí)以氧化磨損為主，存在剝層和磨粒磨損，400℃時(shí)以剝層為主。在室溫(25℃)至400℃范圍內(nèi)，微動(dòng)初期和穩(wěn)定階段TiN/TiN+Si/TiN多層膜的摩擦系數(shù)比TiAlZr鈦合金基體低，磨損體積也比TiAlZr鈦合金基體明顯降低； TiN/TiN+Si/TiN多層膜可以顯著提高TiAlZr鈦合金的抗微動(dòng)磨損性能。 (3)在室溫(25℃)和高溫條件下，PCVD TiN/TiN+Si/TiN多層膜在