Mo5Si3增強(qiáng)MoSi2基納米-納米梯度復(fù)合涂層性能的研究.pdf

1、金屬硅化物MoSi2，具有高熔點(diǎn)、低密度、較高的使用溫度、極好的高溫抗氧化性能和優(yōu)異耐磨損性能，是最有潛力的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。但室溫韌性差嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用，而利用復(fù)合化、合金化和納米化可以有效改善金屬硅化物的本征脆性。
　　本課題采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)在鈦合金基體表面成功制備了單一MoSi2納米晶涂層，在此基礎(chǔ)上調(diào)整靶材成分和沉積工藝，制備出了三種不同Al含量的Mo5Si3/MoSi2基梯度復(fù)合納米晶涂層以及三種不同Al

2、含量的SiNx/Mo5Si3/MoSi2非晶-納米晶復(fù)合涂層。擬同時(shí)耦合復(fù)合化、合金化和納米化三種增韌機(jī)制在改善MoSi2本征脆性的同時(shí)提高其耐磨性能和耐腐蝕性能。
　　采用X射線衍射、掃描電鏡、FIB和透射電鏡對七種納米晶涂層的微觀組織和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合分析，結(jié)果表明：七種納米晶涂層均勻致密，均由沉積層和擴(kuò)散層組成。單一MoSi2納米晶涂層平均晶粒尺寸約為5nm。梯度復(fù)合納米晶涂層由平均晶粒尺寸為5nm的C40-MoSi2和平均

3、晶粒尺寸約為50nm的Mo5Si3雙相組成，且由于Mo元素的上坡擴(kuò)散致使復(fù)合納米晶涂層形成在平行基體方向呈層片柱狀，垂直基體方向呈雙峰粒度梯度復(fù)合的特殊微觀結(jié)構(gòu)。非晶-納米晶復(fù)合涂層則是由平均晶粒尺寸為5nm的C40-MoSi2和平均晶粒尺寸為10nm的Mo5Si3以及大量分布在納米晶晶界上非晶態(tài)的SiNx三相組成。采用納米壓入、劃痕法以及維氏壓痕法對涂層的力學(xué)行為進(jìn)行測定，結(jié)果表明：相比粗晶MoSi2，納米晶MoSi2的硬度與韌性明顯

4、提高。復(fù)合化納米晶Mo5Si3和合金化Al顯著提高了梯度復(fù)合納米晶涂層的綜合力學(xué)性能，隨著Al含量的增加，梯度復(fù)合納米晶涂層的硬度不斷下降，韌性呈先上升后下降趨勢，結(jié)合力逐漸提高。而在非晶-納米晶復(fù)合涂層中，隨著Al含量的增加，非晶-納米晶復(fù)合涂層的硬度和韌性都呈上升趨勢。涂層在室溫下摩擦磨損性能測定結(jié)果表明：三種梯度復(fù)合納米晶涂層的抗磨損性能均優(yōu)于單一MoSi2納米晶涂層；Al元素的添加使得涂層磨損機(jī)理發(fā)生轉(zhuǎn)變，顯著改善了梯度復(fù)合納米