钛合金表面Ti/TiB_2仿生多层膜的断裂韧性

根据贝壳珍珠层的结构特点,以金属Ti层为软质层,对TiB_2陶瓷薄膜进行仿生增韧处理,并通过压痕法研究了Ti/Ti B_2仿生多层膜的断裂韧性。结果表明:随着调制比Λ(t_(TiB_2):t_(Ti))的增大,多层膜的断裂韧性先增大而后减小,当Λ为5时,多层膜的断裂韧度达到最大值(KIC=2.68 MPa·m~(1/2))。对于相同厚度的Ti B_2单层膜而言,断裂韧度值仅为0.76MPa·m~(1/2),也就是说,Ti/Ti B_2仿生多层膜可有效提高陶瓷层的断裂韧性。沉积在Ti6Al4V基体上的多层膜在断裂过程中进行能量释放以径向裂纹为主,以环形裂纹为辅。由于多层膜中Ti子层的周期性引入,有效缓解了Ti B_2薄膜的内应力;当裂纹扩展至Ti子层时,Ti层可对裂纹尖端起到很好的钝化作用,使裂纹扩展方向发生偏转。此外,多层膜的界面增多,也相应增大了裂纹扩展的阻力,提高了多层膜的断裂韧性。