230 / 2021-04-12 14:50:00

基于微纳冲击硬质涂层动态接触行为研究

硬质涂层，微纳冲击，冲击抗性，疲劳失效，动态硬度，动态韧性

硬质涂层材料如DLC、CrN、TiN等具有超高硬度、强韧性、良好的耐磨性以及自润滑等优点，在航天航空、机械制造、生物医药和微机电系统等领域都有着广泛的应用前景。然而涂层材料在服役过程中常常承受高应变速率加载和反复的接触损伤，因此快速评价其在动态接触条件下的力学性能与失效机制对涂层的设计和开发有着极其重要的工程意义和科学价值。基于仪器化纳米压痕的微纳冲击技术利用传统摆锤式动态加载，可获得材料表面瞬时高应变速率的动态响应。 本研究首先采用反复的多次冲击模式，对沉积在单晶Si基体上的超薄ta-C（5-80nm）和316L不锈钢基体上的GLC薄膜（0.5-1.5um）在不同加速载荷范围下的抗冲击疲劳性能进行研究，并结合冲击损伤压痕SEM图对其失效机理进行分析；其次以GLC和CrN硬质涂层为研究对象，系统分析材料在高精度单次纳米冲击模式下的物理过程，通过对不同接触阶段各物理参量的提取，结合能量分析方法对涂层的动态硬度和动态断裂韧性进行定量化评估。该工作对快速评估新型防护涂层的冲击疲劳性能和动态力学性能提供了新的研究方法，也为评价和预测涂层在实际工况下的可靠性和服役寿命提供了理论依据和评判方法。