陶瓷-金属多层涂层不同温度循环冲击损伤特征与演化规律

作者：汪世广; 何卫锋^*; 黄达; 李才智; 蔡振兵; 王学德; 张一豪

来源：表面技术, 2022, 51(01): 60-68.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.01.006

• 多层陶瓷-金属涂层
• 温度
• 循环冲击
• 冲击损伤
• 能量吸收率
• 径向裂纹

目的 探讨环境温度对陶瓷-金属多层涂层冲击损伤的影响，获得不同温度条件下涂层的冲击损伤特征，揭示陶瓷-金属涂层在温度与循环冲击共同作用下的失效机理，为多层涂层的设计和使用提供参考。方法 首先使用可调温度的速度控制型单颗粒循环冲击设备，对陶瓷-金属多层涂层在不同温度(35、200、350、500℃)下进行垂直冲击试验。采用白光干涉仪、光学显微镜和扫描电镜观察冲击坑的形貌和微观结构，结合不同温度时涂层纳米硬度和弹性模量来分析其损伤机理。结果 温度较低(35、200℃)时，圆周裂纹是涂层的主要损伤形式，涂层冲击坑深度在达到稳定后增长缓慢；温度较高(350、500℃)时，涂层损伤特征由圆周裂纹向径向裂纹和剥落转化，冲击坑深度的增长速度较快。当温度从35℃提高到500℃时，涂层纳米硬度从31.22 GPa下降到11.18 GPa,H3/E2从38.38×10-2 GPa下降到2.85×10-2 GPa，涂层的峰值冲击力和能量吸收率分别从167.8 N和72.44%增长到184.6 N和82.37%，加剧涂层的损伤，使涂层冲击坑深度从4.74μm增长到11.58μm。结论 陶瓷-金属多层涂层的冲击损伤特征和性能受温度影响，温度升高使得涂层的纳米硬度和韧性H3/E2同时降低，循环冲击条件下的峰值冲击力和能量吸收率均增大，相同循环次数时，将增大涂层的冲击损伤深度。

• 单位
  空军工程大学; 西南交通大学