调制周期对CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层抗冲蚀性的影响OA北大核心CSTPCD

目的在砂粒环境下,改善TiAlSiN硬质涂层于高角度下的抗冲蚀性能。方法采用电弧离子镀复合高功率脉冲磁控溅射技术,制备不同调制周期下的CrN_(x)/TiAlSiN多层涂层。应用电子扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和划痕仪对涂层的显微结构、物相组成、纳米硬度、弹性模量以及结合力进行分析,于冲蚀试验平台对涂层抗冲蚀性能进行评价(Al_(3)O_(2)砂粒平均粒径为50μm,冲蚀速度为30 m/s,角度为90°)。结果涂层结构致密,由面心立方结构c-(Ti,Al)N、c-Cr、c-CrN和六方h-Cr_(2)N相构成。随着CrN_(x)子层结构的引入,TiAlSiN子层对应的(220)取向逐渐消失,(111)衍射晶面逐渐呈现。随着调制周期减少,CrN_(x)子层对应的h-Cr_(2)N(300)和c-CrN(220)衍射峰强度表现出先逐渐降低、后缓慢增加的规律。涂层结合变化幅度不大,处于68~71 N。虽然纳米硬度和弹性模量逐渐下降,分别从(37.5±0.46)GPa和(339.92±1.85)GPa下降至(31.2±0.40)GPa和(267.50±7.98)GPa,但H/E韧性指标逐渐增加,从0.110增加至0.116。在最小调制周期下,涂层表现出最优抗冲蚀性能,其冲蚀速率仅TiAlSiN硬质涂层的1/5。结论调制周期的减少增加了涂层界面数目,对扩展的裂纹起到了很好偏转作用,提升了涂层韧性,贡献了涂层抗冲蚀性能。在砂粒反复冲击作用下,于涂层中产生了交互作用的横纵裂纹,致使涂层以碎屑脆性剥落机制而失效,破坏特征表现为逐层剥落。