【摘 要】
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为改善钛合金的耐磨损和抗冲蚀性能,提高其使用寿命,本文采用多弧离子镀膜技术,在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了不同循环周期的Cr/CrN、Cr/CrAlN和Cr/CrSiN三种系列涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、洛氏压痕仪、摩擦磨损试验机和冲蚀磨损试验机等表征手段对涂层的组织结构、形貌、结合强度、硬度、摩擦磨损和冲
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为改善钛合金的耐磨损和抗冲蚀性能,提高其使用寿命,本文采用多弧离子镀膜技术,在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了不同循环周期的Cr/CrN、Cr/CrAlN和Cr/CrSiN三种系列涂层。利用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、洛氏压痕仪、摩擦磨损试验机和冲蚀磨损试验机等表征手段对涂层的组织结构、形貌、结合强度、硬度、摩擦磨损和冲蚀磨损性能进行研究。相应的研究结果如下:（1）Cr/CrN多层涂层的物相为CrN、Cr2N以及少量的Cr相,其中Cr/CrN-1涂层物相为CrN相,且在（111）衍射面表现出优先生长。Cr/CrAlN多层涂层的主要物相为（Al,Cr）N相和Cr相。Cr/CrSiN多层涂层的主要物相为CrN相和Cr相,涂层中Si元素主要以Si-N键的形式存在。（2）Cr/CrN系列涂层的硬度较高且压痕结合强度等级良好（均为HF-1）,Cr/CrAlN系列涂层的硬度进一步得到提高,结合强度等级良好,为HF-1HF-2。Cr/CrSiN系列涂层的硬度是三种系列涂层中最高的,但其结合强度等级较差。其中Cr/CrSiN-1涂层的结合强度等级最差（为HF-6）,随着循环周期的增加,Cr/CrSiN涂层的结合强度增强,Cr/CrSiN-10涂层的结合强度等级为HF-1。（3）摩擦磨损实验结果表明,Cr/CrN、Cr/CrAlN和Cr/CrSiN涂层均发挥了良好的耐磨性能,相比于基体,涂层试样耐磨性能显著提高。随着Al元素和Si元素的添加,涂层的耐磨性逐渐提高。其中,Cr/CrSiN涂层的摩擦系数和磨损率均是三种涂层体系中最低的。（4）冲蚀磨损实验结果表明,Cr/CrAlN涂层在三种涂层体系中显示出最好的耐冲蚀性能,其中Cr/CrAlN-1涂层抗冲蚀性能最优。Cr/CrN和Cr/CrAlN涂层的冲蚀磨损失效机制均为逐层脆性疲劳剥落。对于Cr/CrN系列涂层而言,Cr/CrN-5涂层表现出最好的耐冲蚀性能;Cr/CrAlN系列涂层中,Cr/CrAlN-1涂层展现出最优的耐冲蚀性能。而Cr/CrSiN涂层的冲蚀磨损失效机制与Cr/CrN和Cr/CrAlN涂层体系均不同。冲蚀过程中,在Cr/CrSiN涂层和基体的界面处产生微裂纹,且裂纹向表面扩展时受到多层结构的阻碍作用。
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