PCVDTiN／TiNSi／TiN多层膜高温微动磨损行为研究

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1、西南交通大学硕士学位论文PCVDTiN/TiN+Si/TiN多层膜高温微动磨损行为研究姓名：何其荣申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：刘捍卫20080601西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要微动磨损性能差是直接影响钛合金在核电设备和航空发动机中安全使用的主要因素之一，由此引发钛合金在工作过程中发生微动损伤而失效。提高钛合金抗微动磨损性能是人们普遍关注的问题，但因微动过程的复杂性，研究方法各异，并且基本都是研究室温微动磨损，少见高温微动磨损相关文献报道。所以研究高温微动磨损的损伤机理和运行机制有着重要的理论意义和实际价值。利用高精度

2、PLINT型高温微动磨损试验机对等离子体化学气相沉积(PCVD)TiN／TiN+Si／TiN多层膜、等离子体浸没离子注入与沉积(PI工I&D)TiN／Ti复合涂层和’TiAlZr钛合金基材进行了高温微动磨损试验研究。对多层膜的组织结构和化学成分做了XRD(x—rayDiffraction)、XPS(X-rayPhotoeleCtronSpectroscopy)分析和能谱仪(EDS)分析。结合光学显微镜(OM)、AmbiOSXP一2台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)和激光共焦扫描显微镜(LCSM)等仪器对磨痕形貌进行观察分析和磨损量测量。重点探讨了P

3、CVDTiN／TiN+Si／TiN多层膜和TIALZR钛合金基材在循环次数、位移幅值、法向载荷、温度等参数下的微动磨损行为，并将PCVDTiN／TiN+Si／TiN多层膜和PIII&DTiN／Ti复合涂层做了微动磨损行为对比研究。取得的研究结果如下：(1)PCVDTiN／riN+Si／TiN多层膜在不同温度下微动运行均遵从微动图理论。多层膜微动区域由部分滑移区、混合区和滑移区组成。部分滑移区，温度变化对摩擦系数影响不大；滑移区，不同温度下摩擦系数变化趋势不同，200℃时摩擦系数比25℃和400℃时高。磨损量随着温度升高而增大。25℃和200℃时多

4、层膜磨损机制主要为磨粒磨损和剥层，400℃时磨损机制主要表现为剥层和氧化磨损。(2)温度对TiAIZr钛合金基材微动磨损有重要的影响。微动处于部分滑移区时，磨损轻微；处于混合区时，室温和400℃时为粘着磨损与磨粒磨损并存，200℃时以粘着磨损为主；处于滑移区，25℃时以磨粒磨损和剥层机制为主，200℃时以氧化磨损为主，存在剥层和磨粒磨损，400℃时以剥层为主。在室温(25℃)至400℃范围内，微动初期和稳定阶段TiN／TiN+Si／TiN多层膜的摩擦系数比TiAIZr钛合金基体低，磨损体积也比TiAlZrt钛合金基体明显降低；西南交通大学硕士研究

5、生学位论文第11页TiN／TiN+Si／TiN多层膜可以显著提高TiAIZr钛合金的抗微动磨损性能。(3)在室温(25℃)和高温条件下，PCVDTiN／TiN+Si／TiN多层膜在稳定阶段的摩擦系数都比PIII&DTiN／Ti复合涂层低，多层膜减摩性能比复合涂层好；多层膜磨损量比复合涂层少，表面损伤也比复合涂层轻微。复合涂层磨损机制室温(25℃)时表现为剥层，200℃时表现为磨粒磨损，400℃表现为剥层；多层膜抗高温微动磨损性能比复合涂层优良。关键词：微动磨损；温度；TiN／TiN+Si／TiN多层膜：等离子体增强化学气相沉积(PCVD)；钛合金

6、西南交通大学硕士研究生学位论文第rIr页AbstractWeakanti：abrasionpropertyoftitaniumalloyscanbringaboutearlyfractureofcompressorbladetenonmadefromtitaniumalloysduringworkingprocessbecauseoffrettingwear，Thefrettingwearhasbecomeoneofthemainfactorswhichaffectthesafeapplicationoftitaniumalloysatroomt

7、emperatureandelevatedtemperatureinnuclearpowerandaviationengine．ItisimportanttoimprovefrettingWearresistanceoftitaniumalloyinaeronauticindustryandotherfields．Howeverduetothecomplexityoffrettingwearloading，frettingwearmechanismiSstillnotquiteclear．Inaddition，investigationsoffr

8、ettingweartestshavedifferentmethods．ThereiSimportanttheorysignifican