钛合金表面CrAlTiN单层涂层冲蚀损伤机理研究

目的主要开展钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层后的撞击实验,探究不同条件下钛合金表面的冲蚀损伤规律,揭示钛合金表面的冲蚀损伤机理。方法采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层,并利用空气炮发射速度为300m/s的单个钢珠,在不同角度(30°、45°、60°、90°)下对涂层进行撞击损伤模拟。采用扫描电镜对撞击形貌进行观察,结合撞击表面的元素分析结果,探究钢珠撞击涂层表面的冲蚀损伤机理。结果 90°攻角下,涂层的破损主要由撞击产生的裂纹和涂层表面"液滴"的剥落共同作用引起。45°、30°攻角与60°攻角的撞击相似,损伤主要由两部分组成:一部分是垂直作用产生的裂纹和撞击导致的液滴剥落引起的涂层损伤;另一部分是切向作用引起的摩擦磨损和摩擦过程中产生的温度效应导致的钢珠熔覆。能谱图点44处主要含有Fe2O3、Ti N两种物质,说明该点的涂层已经破坏,并且在切削磨损的同时,钢珠撞击的损伤还伴随着氧化磨损。结论在300m/s的速度下,冲蚀损伤最严重部位为钢珠与涂层接触部位。冲蚀过程中会因温度效应使钢珠熔覆在涂层表面,涂层表面越粗糙,则熔覆物越多。涂层的损伤主要源于垂直分量导致裂纹的萌生和切向的犁削作用。     

TC4钛合金表面冲蚀损伤机理的砂尘粒径依赖效应

在自主搭建气流喷射式冲蚀试验平台上,采用不同粒径的石英砂,对TC4钛合金进行冲蚀试验;利用电子天平、扫描电子显微镜和X-射线应力仪对试件表面冲蚀质量损失率、冲蚀区微观形貌及应力进行检测与分析。结果表明,TC4钛合金表面的冲蚀损伤机理显著依赖于砂尘粒径,并在400μm处发生机理转变。砂尘粒径小于400μm时,TC4钛合金表面冲蚀质量损失率小于0.4 mg/g,其表面损伤形式以犁削、切削、铲削以及点坑等塑性损伤为主;砂尘粒径大于400μm时,TC4钛合金表面在高应变率条件下发生表观韧脆转变,质量损失率突增至0.8 mg/g以上,损伤形式以解理破坏、脆性剥落为主。基于解理断裂的双判据模型,解释了砂尘粒径高于400μm时TC4钛合金表面发生的脆性剥落现象。