基体预渗碳对Ti-6Al-4V合金表面TiN（Ti）硬质膜层性能的影响（英文）

王彦峰^1,2，李争显²，李维³，杜继红²，姬寿长²，张长伟²

1. 西安建筑科技大学2. 西北有色金属研究院3. 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室

摘 要：硬质膜层在服役过程中,往往由于膜基界面强度的不足导致膜层过早的发生界面的剥落失效,这种剥落失效主要是由界面残余热应力诱导的显微裂纹的失稳扩展引发的。残余热应力主要来源于基体与膜层材料在热膨胀系数、弹性模量等物理性能的不匹配。为了降低这种不匹配性,在制备Ti N硬质膜层之前,通过辉光离子扩渗技术在TC4基体表面形成具有一定深度、梯度结构的渗碳硬化层,然后利用等离子增强离子镀技术制备了单层及多层复合Ti/Ti N膜层,研究基体预渗碳层对其表面不同结构Ti N(Ti)硬质膜层性能的影响。结果表明,基体经过预渗碳强化处理后,相比于单一Ti N或多层复合Ti/Ti N硬质膜层,复合渗镀层的表面硬度能提高近2倍,膜基结合强度可达80 N以上。同时,经过硬化后的基体显著抑制了其表面复合硬质膜层的界面脆性断裂倾向,复合膜层在外加载荷作用下的与基体的协同变形能力得到加强,强韧性显著提高。

关键词：渗碳层;TiN/TiN膜层;界面断裂;显微硬度;结合强度;