高速钢表面TiN薄膜的界面疲劳剥落行为

作者：邱龙时; 赵婧; 潘晓龙^*; 田丰

来源：金属学报, 2021, 57(08): 1039-1047.

• 气相沉积
• 硬质薄膜
• 滚动接触
• 界面疲劳
• 剥落

采用多弧离子镀技术在M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)表面制备TiN薄膜,利用滚动接触疲劳法对薄膜界面疲劳行为开展研究。结果表明,界面疲劳失效主要表现形式为薄膜剥落,疲劳裂纹最先萌生于膜/基界面,经一定周次后向薄膜表面偏折,最终造成薄膜剥落。界面最大剪切应力幅(Δτinter)是控制界面裂纹萌生和扩展的主要力学参量,通过Δτinter和临界疲劳周次(N)构建的评价模型可有效用于薄膜界面疲劳性能表征和寿命预估。界面疲劳性能与膜/基界面状态密切相关,利用Δτinter-N评价模型可有效辨别界面状态间的差异,采用辉光清洗或预制金属打底层等预处理方式均能有效提升界面抗疲劳剥落性能。选取薄膜剥落面积比为5%和50%,以及失效概率为30%、60%和90%比较发现,薄膜剥落面积比和失效概率值大小的选取不影响膜/基界面疲劳性能的判定。研究结果为镀膜轴承等零部件的疲劳性能表征和寿命预估提供了重要理论参考。

• 单位
  西安稀有金属材料研究院有限公司; 金属材料强度国家重点实验室; 西安交通大学