Ti-TiN-Zr-ZrN多層膜及Al薄膜對鋼基體疲勞性能的影響.pdf

1、一、采用真空陰極電弧離子鍍技術(shù)在1Cr17Ni2馬氏體型不銹鋼表面制備了Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜。采用SEM、劃痕法、顯微硬度分析法測試分析了該多層膜的結(jié)構(gòu)、厚度、膜層附著性能和顯微硬度;采用X射線衍射法測試分析了同工藝條件下制備的三個周期的Ti/TiN多層膜的內(nèi)應(yīng)力;通過拉伸實驗和旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實驗研究了Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜對1Cr17Ni2不銹鋼靜態(tài)力學(xué)性能和高周疲勞性能的影響，研究發(fā)現(xiàn):
　　 1.Ti/

2、TiN/Zr/ZrN多層膜的結(jié)構(gòu)平整致密，平均厚度為11.7μm，膜/基結(jié)合力約為56N，顯微硬度在2880～3492HV之間。 Ti/TiN多層膜（厚度約為3.2μm）的應(yīng)力大小在-656±40～-895±62MPa之間。
　　 2.Ti/TiN/Zr/ZrN多層膜的沉積有利于1Cr17Ni2不銹鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和疲勞性能的提高。其中屈服強(qiáng)度提高了2.34％，抗拉強(qiáng)度提高了3.49％，疲勞極限提高了約11.2％(膜層試樣

3、的疲勞極限為537MPa，基體試樣的疲勞極限為483MPa)。當(dāng)應(yīng)力在540～650MPa范圍內(nèi)變化時，疲勞壽命增量隨應(yīng)力的增加而增加，從108％遞增到246％。
　　 3.疲勞裂紋均起源于表面，在低應(yīng)力水平下只有一個裂紋源，而高應(yīng)力水平下有多個裂紋源;疲勞性能的提高主要是由于膜層能夠彌補(bǔ)基體表面一定的缺陷，同時軟硬交替的膜層結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抗裂紋擴(kuò)展能力，以及膜層內(nèi)具有較大的殘余壓應(yīng)力，對裂紋的萌生與擴(kuò)展有一定的阻礙作用。

4、　　 二、采用直流磁控濺射技術(shù)在15 CrMnMoVA鋼表面制備了純Al薄膜。采用SEM、X射線衍射法和粘結(jié)試樣拉伸法測試分析了該薄膜的結(jié)構(gòu)、厚度、殘余內(nèi)應(yīng)力及膜層附著性能。通過旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞實驗研究了Al薄膜對l5CrMnMoVA鋼高周疲勞性能的影響，研究發(fā)現(xiàn):
　　 1.Al薄膜的晶粒均勻，呈柱狀晶生長，其平均厚度為14.5μm，膜/基結(jié)合強(qiáng)度超過70MPa，內(nèi)應(yīng)力在-113±14～-137±9MPa之間。
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