Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层冲击损伤行为研究
编号:258
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更新:2025-04-17 14:13:10 浏览:6次
口头报告
摘要
类金刚石碳基(DLC)薄膜凭借其卓越的自润滑与耐磨损特性,在增强运动部件的减摩耐磨性能方面展现出了巨大的应用潜力。然而,瞬时冲击工况下,薄膜和基体之间硬度与刚度的差异导致其界面应力集中,薄膜无法有效分散接触应力,最终引发过载失效,进而对机械系统的稳定性和可靠性产生不利影响。因此,如何实现其优异的抗瞬时冲击损伤性能对其后续可靠与长寿命服役至关重要。本研究基于DLC薄膜与Cr3C2-NiCr金属陶瓷涂层性能优势协同的设计理念,联合应用超音速火焰喷涂(HVOF)与物理气相沉积(PVD)技术,在38CrMoAl合金钢基底表面成功制备了Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层。系统研究了其冲击损伤行为,并与单层DLC薄膜进行对比,探讨了在冲击过程中涂层与薄膜的协同作用机制。通过调控Cr3C2-NiCr金属陶瓷中间层的组分配比(Cr3C2含量分别为20 wt.%、35 wt.%、50 wt.%、65 wt.%、80 wt.%),深入探讨了Cr3C2组分配比对复合涂层冲击损伤行为的影响机制,并据此确定了最佳的中间层组分配比。在优选中间层组分配比的基础上,通过进一步调控中间层的厚度(75、100、125、150、175 μm),深入探究了中间层厚度对Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层冲击损伤行为的影响,并揭示了其内在作用机理。主要研究结果如下:
(1)通过HVOF/PVD复合防护设计策略,成功将应力集中区域从薄膜-基体界面转移并束缚在金属陶瓷中间层内部。在复合涂层体系中,金属陶瓷中间层通过涂层-基体界面处的分层、结构塌陷及裂纹扩展等损伤行为,实现了对其损伤模式的多维度调控,有效延缓了顶层DLC薄膜的过早失效。相较于单层DLC薄膜,Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层在抗冲击损伤方面表现更为优异。
(2)随着Cr3C2-NiCr中间层中Cr3C2含量的增加,Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层的粗糙度和孔隙率也随之增加。同时,复合涂层的抗冲击损伤性能随着Cr3C2含量的增加表现出先增后减的趋势。具体而言,当Cr3C2含量为50 wt.%时,Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层实现了硬度与韧性的最佳平衡,进而展现出最优的抗冲击损伤行为。此外,随着Cr3C2含量的增加,复合涂层在冲击过程中的主导能量吸收与耗散机制经历了由基体塑性变形向涂层-基体界面分层的转变。
(3)在优选中间层组分配比的基础上,随着中间层厚度增加,Cr3C2-NiCr/DLC复合涂层应力集中区逐渐远离涂层-基体界面,并束缚在中间层内部。同时,复合涂层的能量吸收机制也由以塑性变形为主的单一模式转变为以弹性和塑性变形协同作用的复合模式。当中间层厚度达到100 μm时,复合涂层不仅能够有效提升其接触应力水平,还能减缓应力波的传播速率,降低峰值应力,进而减轻了对顶层脆性薄膜的冲击损伤,实现了复合涂层冲击损伤性能的优化。
关键词
DLC薄膜;Cr3C2-NiCr涂层;复合涂层;冲击损伤
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