電弧離子鍍Ti-TiN-Zr-ZrN多層膜及其性能研究.pdf

1、航空發(fā)動機葉片在惡劣環(huán)境中的沖蝕磨損與腐蝕-沖蝕磨損現(xiàn)象十分突出。因此，如何提高葉片的抗沖蝕、耐腐蝕性能成為了研究的重點。
　　本文采用電弧離子鍍制備Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜，通過正交試驗法設(shè)計了厚度為7μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜制備方案，對多層膜的結(jié)構(gòu)即周期數(shù)(periods)、金屬層與陶瓷層沉積時間比(tTi(Zr)∶tTiN(ZrN))、Ti基層與Zr基層厚度比(l(Ti/TiN)∶l(Zr/ZrN))進

2、行了優(yōu)化，以30°和90°沖蝕角的抗沖蝕性能以及膜基結(jié)合力作為評價標準。在此基礎(chǔ)上通過增加膜層周期數(shù)，使其厚度增加，便于實際應(yīng)用，制備了10μm厚的48周期和26.5μm厚的96周期的多層膜。采用熱疲勞試驗機評價了多層膜的抗熱震性能，中性鹽霧機和固體顆粒沖蝕試驗機評價了不同周期數(shù)的多層膜耐腐蝕性能和抗沖蝕性能，并探討TC11基材和Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜的沖蝕機理。
　　結(jié)果表明，厚度為7μm的Ti/TiN/Zr/ZrN多

3、層膜最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:periods=24,tTi(Zr)∶tTiN(ZrN)=1∶6,l(Ti/TiN)∶l(Zr/ZrN)=2∶1。該多層膜具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，層間界面清晰，膜基結(jié)合力為53.8N，平均硬度為2807.8HV。采用相同的工藝將周期數(shù)增加至48周期和96周期，所制備的多層膜厚度分別為10μm和26.5μm，膜基結(jié)合力分別為65N和80N左右，平均硬度分別為3577.5和3766.9HV。
　　在鹽霧試驗中，周期數(shù)

4、最多(96)周期的Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜具有最佳的耐腐蝕性能，多層膜的耐腐蝕性能隨著周期數(shù)的增加顯著提高。
　　在熱震試驗中，Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜在300℃和500℃熱震循環(huán)50次后均未發(fā)現(xiàn)多層膜有剝落痕跡，只在淺表層發(fā)生了氧化。600℃循環(huán)10次膜層出現(xiàn)裂紋，循環(huán)50次后膜層氧化剝落嚴重，48周期多層膜已失效。
　　在沖蝕試驗中，周期數(shù)最多(96)周期的Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜具有最佳的抗沖蝕