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钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能
引用本文:林松盛,周克崧,代明江,石倩,胡芳,侯惠君,韦春贝,刘建武.钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能[J].材料工程,2017,45(6).
作者姓名:林松盛  周克崧  代明江  石倩  胡芳  侯惠君  韦春贝  刘建武
作者单位:1. 华南理工大学 材料科学与工程学院,广州 510641;广东省 新材料研究所 现代材料表面工程技术国家工程实验室,广州 510650;广东省新材料研究所 广东省现代表面工程技术重点实验室, 广州 510650;2. 广东省 新材料研究所 现代材料表面工程技术国家工程实验室,广州 510650;广东省新材料研究所 广东省现代表面工程技术重点实验室, 广州 510650;3. 中国航发 湖南动力机械研究所,湖南 株洲,412002
基金项目:广东省省级科技计划项目资助
摘    要:采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面形貌、相结构、厚度、硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗砂粒冲蚀性能。结果表明:所制备TiTiN-Zr-ZrN多层膜厚度约为5.8μm,维氏显微硬度为28.10GPa,膜基结合力为56N;TC11钛合金表面镀多层膜后耐磨性提高了一个数量级,体积磨损率由7.06×10~(-13) m~3·N~(-1)·m~(-1)降低到3.03×10~(-14) m~3·N~(-1)·m~(-1);多层膜软硬层交替的结构,受砂粒冲蚀时裂纹扩展至金属软层时应力的缓冲而出现偏转,对TC11钛合金有良好的抗砂粒冲蚀保护作用。

关 键 词:Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜  钛合金  冲蚀  真空阴极电弧沉积

Preparation and Properties of Ti-TiN-Zr-ZrN Multilayer Films on Titanium Alloy Surface
Abstract:24 cycles Ti-TiN-Zr-ZrN soft-hard alternating multilayer film was deposited on TC11 titanium alloy by vacuum cathodic arc deposition method.The structure and performance of the multilayer film, especially wear and sand erosion resistance were investigated by various analytical methods including pin on disc wear tester, sand erosion tester, 3D surface topography instrument, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction(XRD), micro-hardness tester and scratch adhesion tester.The results indicate that the Vickers-hardness of the multilayer film with thickness of 5.8μm can reach up to 28.10GPa.The adhesive strength of these coatings can be as high as 56N.Wear rate of the multilayer coated alloy is one order of magnitude smaller than bare one, which decreased from 7.06×10-13m3·N-1·m-1 to 3.03×10-14m3·N-1·m-1.Multilayer films can play the role in hindering the extension of cracks, and thus sand erosion properties of the TC11 titanium alloy substrates are improved.
Keywords:Ti-TiN-Zr-ZrN multilayer film  titanium alloy  erosion  vacuum cathodic arc deposition
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