磁控濺射制備(Cr-,x-Al-,1-x-)N涂層及其本征、力學與高溫氧化性能研究.pdf

1、為了延長燃氣輪機葉片的使用壽命并提高其使用性能，利用閉場非平衡磁控濺射技術，通過調整鋁靶功率，在2Cr10MoVNbN不銹鋼基體上制備了不同鋁含量的(CrxAl1—x)N梯度防護涂層。利用帶能譜功能的掃描電子顯微鏡和STM對涂層進行形貌觀察與成分分析，用XRD進行相結構分析。涂層厚度利用球磨法測定并觀察涂層斷面SEM圖予以佐證。由于涂層較薄，采用納米硬度壓痕法測量硬度和彈性模量，并利用顯微硬度儀對復合硬度進行測定。涂層結合力參考DIN—

2、Fachbericht39標準進行表征，同時利用pin—on—disc試驗機對涂層的摩擦磨損性能進行測定并觀察磨痕形貌。參考GB/T13303—91《鋼的抗氧化性能測定方法》標準對不同工藝制備的涂層試樣進行800℃高溫氧化試驗，并利用KRD、EDS和SEM等設備對氧化后的涂層相結構和表面狀態(tài)進行觀察分析。 試驗結果表明，不同工藝制備的涂層均為非晶態(tài)結構，隨著涂層中鋁含量的增加，涂層表面顆粒逐漸長大并出現顆粒間粘結。由于厚度僅為幾

3、個微米，涂層硬度采用納米壓痕法來分析，隨鋁含量的增加，最高硬度值雖然減小，但與基體之間的過渡平緩，這使涂層與基體之間的形變協(xié)調性較好。涂層制備工藝有多種，其中E工藝制備的涂層鋁、鉻原子比為1：2.3，涂層與基體的結合力較其他制備工藝的結合力好，且具有一定的摩擦磨損性能，這可能是由于涂層的非晶態(tài)結構與足量鋁的加入使涂層的塑韌性得到提高所致。涂層在800℃下的抗高溫氧化能力隨其中鋁含量的增加而得到提高。未制備涂層的基體試樣2小時氧化后就出現