膜层厚比对CrNx∕TiyCr1-yN多层膜硬度与结合力影响研究

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1、研究论文膜层厚比对CrNx／TiyCrl叫N多层膜硬度与结合力影响研究张昕1，温培刚2(1．北京机械工业自动化研究所，北京100120；2．中国航发北京航空材料研究院，北京100095)【摘要】为研究膜层交替周期对多层膜表面硬度与耐磨性能的影响，利用金属蒸发真空弧离子源(MEVVA)和磁过滤阴极真空弧复合离子束沉积技术在AM355钢材表面制备膜层交替周期分别为5、13和26的3组CrNx／Ti。Crl．yN膜层，利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和x射线衍射仪(XRD)对膜层形貌和相结构进行了分析，利用划痕仪、显微硬度计等对膜层硬

2、度与结合力进行了测试。结果表明：采用该技术制备的CrN。／Ti。Cr，．yN多层膜结构致密，与基体结合良好；随着多层膜交替周期的增加，膜层硬度有所降低，膜层结合力则呈现先升高后缓慢降低的趋势。关键词：多层膜交替周期；硬度；结合力InfluenceofCrNflTiyCrl—l，NMultilayerThicknessonHardnessandBindingForceZHANGXinl，WENPeigan92(1．BeijingResearchInstituteofAutomationforMachineryIndustry，Beiji

3、ng100120，China；2．AECCBejingInstituteofAeronauticalMaterials，Beijing100095，China)IABSTRACTlInordertoinvestigatetheinfluenceoflaminateperiodicityonhardnessandwearability,CrNffT‘Crl．Ncoatingswith5，13and26periodicmultilayerarepreparedonAM355steelsubstratebymetalevaporationv

4、acuumarcionsource(MEVVA)andfiltercathodicvacuumarcdepositiontechnology．Themorphologyandphasestructureofcoatingsareobservedandanalyzedbyfieldemissionscanningelectronmicroscope(FESEM)andX-raydiffraction(XRD)respec-tively．Thehardnessofcoatingistestedbymicrohardnesstesteran

5、dthebondstrengthismeasuredbyscratchtester．TheresultsshowthatCrNfl'iyCrl．ycoatingswithmultilayerhavedensestructureandgoodbonds仃ength．Withtheincreaseoflaminateperiodicity,thehardnessofmultilayerdecreaseswhilethebondstrengthshowsaRendofincreasingatfirstandslowlylowerlater．

6、Keywords：Laminateperiodicity；Hardness；BondstrengthDoI：10．16080／j．issnl671—833x．2017．14．054AM355是一种广泛应用于发动机压气机叶片及叶片盘的半奥氏体沉淀硬化钢。由于压气机工作时经常会吸入空气中的固体颗粒造成冲蚀，易使叶片损伤失效，因此通常在叶片表面制备一层陶瓷薄膜对叶片进行保护。虽然陶瓷材料具有良好的耐磨、耐蚀性能，但普遍存在韧性差、易碎易裂、易剥落的问题。多层膜结构是解决这一问题最有可能的途径，有研究表明，多层膜结构能获得比单一膜层结构更优越

7、的性能，涂层中大量界面能起到降低应力、阻碍位错、钝化裂纹尖端并阻碍裂纹扩展等作用，同时还可改善膜层与基体的结合，提高镀层的韧性和强度[I-21。目前，国内外已有相关单位采用多层膜技术在各类叶片的耐磨、耐蚀防护方面开展了大量的研究工作，且54航空制造技术·2017年第14期国外已将该技术成功应用于商业化产品【3]。针对叶片表面涂层的研究主要集中在涂层结构设计(如纳米复合涂层、多层交替周期涂层[4-51)、多元涂层体系的开发(如三元／四元掺杂涂层16-71)以及相关强化机理【8。9】、表征技术研究等方面【lⅢ，但在膜层交替周期对多层膜性能

8、的影响研究方面还鲜有报道。本文在AM355钢基体上制备了CrNx／TOCrhN复合多层膜，就膜层交替周期对其表面硬度和膜层与基体结合力的影响进行了研究。1试验材料与方法1．1试验设备试验为MEVVA离子束复合镀膜设备(型