周广宏
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王湘鸣
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印凤
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庄国志
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夏木建
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丁红燕
稀有金属材料与工程
采用磁控溅射法制备了Ti/TiB2周期性(T=2,3,4,6,12)多层膜,利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜分析了薄膜的相结构和表面(断面)形貌,采用纳米压痕仪、多功能摩擦摩损试验机和显微硬度计研究了多层膜的纳米硬度、弹性模量、膜基结合力以及断裂韧性.结果表明:Ti/TiB2多层膜具有清晰的纳米层状结构,薄膜表面致密平整,与基体保持着良好的物理结合.多层膜的硬度和弹性模量随着调制周期的增加而增大,在周期T=12时,多层膜的硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.8和349 GPa;多层膜的断裂韧性随着周期的增加呈现出先增大而后减小的趋势,当周期T=6时多层膜的断裂韧性最好,其断裂韧度为2.17 MPa·m1/2.分析认为多层膜中的Ti子层可使裂纹尖端产生钝化作用,从而引起裂纹扩展路径发生偏转,提高了多层膜的断裂韧性.
关键词:
Ti/TiB2多层膜
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调制周期
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力学性能
周广宏
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丁红燕
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印凤
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王湘鸣
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庄国志
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夏木建
稀有金属
根据贝壳珍珠层的结构特点,以金属Ti层为软质层,对TiB2陶瓷薄膜进行仿生增韧处理,并通过压痕法研究了Ti/TiB2仿生多层膜的断裂韧性.结果表明:随着调制比A(tTiB2∶tTi)的增大,多层膜的断裂韧性先增大而后减小,当Λ为5时,多层膜的断裂韧度达到最大值(KIC=2.68 MPa.m1/2).对于相同厚度的TiB2单层膜而言,断裂韧度值仅为0.76MPa.m1/2,也就是说,Ti/TiB2仿生多层膜可有效提高陶瓷层的断裂韧性.沉积在Ti6Al4V基体上的多层膜在断裂过程中进行能量释放以径向裂纹为主,以环形裂纹为辅.由于多层膜中Ti子层的周期性引入,有效缓解了TiB2薄膜的内应力;当裂纹扩展至Ti子层时,Ti层可对裂纹尖端起到很好的钝化作用,使裂纹扩展方向发生偏转.此外,多层膜的界面增多,也相应增大了裂纹扩展的阻力,提高了多层膜的断裂韧性.
关键词:
钛合金
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Ti/TiB2多层膜
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压痕法
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断裂韧性
,
仿生
