ZrN及其多层膜的制备和性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shenyang0623
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直升飞机在海洋环境或沙漠地带服役时,其压气机叶片等部件会直接受到高速、高压、潮湿气流中尘埃、沙粒的冲刷和腐蚀,其中由冲蚀磨损和腐蚀造成的损伤与失效尤为突出。因此研制一种耐腐蚀、抗冲蚀的涂层对于保护压气机叶片具有重要意义。   本文采用阴极电弧离子镀膜技术在1Cr13,1Cr11Ni2W2MoV钢基材上制备了ZrN梯度膜、Zr/ZrN多层膜和TiN/ZrN多层膜。采用中性盐雾腐蚀试验研究了1Cr13基体、ZrN梯度膜和Zr/ZrN多层膜抗腐蚀性能,分析了腐蚀失效形式,探索了腐蚀机理。采用增压气固两相冲蚀法对1Cr11Ni2W2MoV钢基体上沉积TiN/ZrN多层膜和基材试样进行了冲蚀实验,探讨了膜层和基材的冲蚀机理,得出以下结论:   1、对阴极弧离子镀ZrN的工艺进行了研究,结果表明:随着基体负偏压的增加,薄膜(111)晶面峰增强;呈柱状生长。在偏压-200V、弧流85A和氮气分压2.0Pa时,薄膜表面颗粒污染最少,摩擦系数最小,硬度为25.73Gpa,膜基划痕临街载荷为61.33N。   2、对1C13钢上沉积Zr/ZrN多层膜和ZrN梯度膜中性盐雾腐蚀腐蚀行为进行了研究,结果表明表明:Zr/ZrN多层膜和ZrN梯度层均能提高1Cr13基体的抗腐蚀能力,其中Zr/ZrN多层膜样品的抗腐蚀性能最好。Zr/ZrN多层膜样品中性盐雾腐蚀48h后防护等级下降到2,而1Cr13基材腐蚀24h后腐蚀面积超过85%完全失效;经EDS和XRD检测,样品腐蚀产物为Fe2O3和Fe3O4的混合物;镀层的内部缺陷(如微孔)和液滴导致薄膜发生孔蚀、隙缝腐蚀和电偶腐蚀;其抗腐蚀性能主要与薄膜的孔隙率有关,氮化物保护实质是隔离保护。   3、通过调整镀膜周期,制备出层次清晰、膜层致密的Ti/TiN/Zr/ZrN多元多层膜,膜总厚度约18微米,硬度在2600~3100HV之间,膜基划痕临界载荷65N以上。   4、冲蚀实验表明,TiN/ZrN多层膜为硬脆膜,30°攻角下,涂层冲蚀机制表现为微切削和微断裂;而基体材料冲蚀机制为典型的微切削和塑性变形。在90°攻角下,涂层冲蚀机制表现为微断裂和疲劳;而基体冲蚀机制为塑性变形和反复挤压。
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