楊竹芳，何光宇，羅思海

不同熱處理TiN/Ti多層涂層沖蝕損傷特征與機理

楊竹芳，何光宇，羅思海

（空軍工程大學 等離子體動力學重點實驗室，西安 710038）

通過研究分析不同熱處理TiN/Ti多層涂層在沖蝕作用下的損傷特征，揭示不同熱處理TiN/Ti多層涂層沖蝕損傷的機理。采用磁過濾陰極真空弧沉積技術在TC4鈦合金表面制備 TiN/Ti多層涂層，利用熱處理爐對試樣進行不同的熱處理（300 ℃/40 min，空冷；400 ℃/40 min，空冷；300 ℃/40 min，空冷+300 ℃/40 min, 空冷），采用劃痕儀、顯微硬度計、掃描電鏡、能譜儀等設備對熱處理試樣涂層的結(jié)合力、顯微硬度、涂層損傷形貌特征、元素分布等進行表征，并在沖蝕試驗平臺上通過砂塵沖蝕性能試驗（速度130 m/s，角度45°）進行驗證。TiN/Ti多層涂層在低溫（≤400 ℃）下經(jīng)短時間熱處理后，涂層的物相未發(fā)生變化，仍以 TiN（111）、TiN（200）、TiN（220）和TiN（311）為主，涂層結(jié)構完整，最外層的TiN涂層沒有發(fā)生氧化現(xiàn)象，涂層結(jié)合力基本未發(fā)生改變，顯微硬度略有下降，由2 764.1HV分別降至2 748.9HV、2 493.2HV、2 255.2HV。TiN/Ti多層涂層的抗沖蝕性能變化不大，沖蝕速率由0.117 mg/min分別變?yōu)?.100、0.156、0.120 mg/min。低溫（≤400 ℃）短時熱處理對TiN/Ti多層涂層沖蝕性能的影響不大，沖蝕損傷機理為環(huán)形裂紋引起分層剝落的脆性剝落。

砂塵沖蝕；TiN/Ti 多層涂層；溫度；熱處理；損傷機理

直升機在沙漠環(huán)境中起降，其發(fā)動機不可避免地會遭受嚴重的砂塵沖蝕，導致葉片被磨損，從而出現(xiàn)變薄、缺口變多等典型損傷[1]，使發(fā)動機的性能迅速衰減，直接威脅飛行安全。TiN陶瓷涂層具有硬度高、耐磨性能好等特點，它在航空發(fā)動機葉片砂塵防護領域得到了廣泛關注[2-5]。在砂塵防護過程中，涂層材料除了需考慮砂塵磨損外，還需要考慮抵抗砂塵沖擊所需要的韌性，即要求材料具有較好的強韌匹配性。吳雁等[6]總結(jié)了多層涂層的強化機制。已有研究表明，設計合理的軟硬交替多層陶瓷涂層可以很好地兼顧強度和韌性，這為其應用于航空發(fā)動機壓氣機葉片砂塵防護提供了可能[7-8]。王彥峰等[7]研究了Ti/TiN復合層數(shù)對涂層常溫力學性能的影響，杜軍等[8]研究了納米多層薄膜組元（周期、調(diào)制周期比和厚度）對涂層常溫耐摩擦磨損性能的影響。這些研究的開展均基于常溫環(huán)境，隨著航空發(fā)動機向高推重比和長壽命安全服役發(fā)展的需求，使得壓氣機葉片的服役溫度越來越高，在高溫環(huán)境下涂層砂塵沖蝕失效必然與在常溫下有所區(qū)別，導致壓氣機砂塵防護變得更加復雜。汪世廣等[9]對陶瓷?金屬多層涂層在不同溫度（35、200、350、500 ℃）下進行了垂直沖擊試驗，獲得了不同溫度條件下涂層的沖擊損傷特征。目前，TiN/Ti多層涂層在高溫環(huán)境下的沖蝕失效機制仍不明晰，掌握TiN/Ti多層涂層的高溫沖蝕失效機制，可有效推動多層涂層在航空發(fā)動機壓氣機葉片上的應用。TiN/Ti多層涂層在高溫環(huán)境下的力學性能衰減是影響其抗沖蝕性能的主要因素，因此文中通過對試樣進行不同溫度下的熱處理，模擬涂層服役的高溫環(huán)境，采用劃痕儀、顯微硬度計、掃描電鏡、能譜儀等設備對熱處理試樣涂層的結(jié)合力、顯微硬度、涂層損傷形貌特征、元素分布等進行表征，并對熱處理涂層試樣進行沖蝕試驗（速度130 m/s，角度45°），以獲得不同溫度下涂層的抗沖蝕損傷機理。

1 實驗

1.1 涂層制備

選用尺寸為50 mm×20 mm×3 mm的TC4鈦合金為基體，然后用金相砂紙打磨拋光，直到其表面粗糙度<0.20 μm，再用無水乙醇進行超聲波清洗后烘干。目的是清洗試樣表面油污，保證涂層具有良好的結(jié)合力。

采用磁過濾陰極真空弧沉積技術在TC4鈦合金表面制備TiN/Ti多層涂層。清洗試樣后，將TC4鈦合金試樣安裝在旋轉(zhuǎn)襯底上，并調(diào)整至沉積位置，在腔室中排列安裝3個純鈦靶（99.99%），工作艙的腔室氣壓為4×10?3Pa。制備多層涂層的具體過程：首先在試樣上沉積Ti過渡層，偏壓為?350 V，起弧電流為110 A，沉積時間為30 min；然后通入流量為12 mL/min的N2，工作氣壓為3×10?3Pa，沉積TiN層，偏壓為?350 V，起弧電流為110 A，沉積時間為30 min；沉積TiN層后關閉N2，Ti層的沉積時間為3 min；依次循環(huán)沉積TiN和Ti層，直到達到設計厚度。在鍍膜過程中，將設備腔內(nèi)的溫度設置為400 ℃，涂層厚度為20 μm，調(diào)制比（TiN層厚度/Ti層厚度）為9∶1。

1.2 熱處理工藝

采用型號為SX2?12?10、額定功率為12 kW、工作溫度可達1 000 ℃的高溫電阻爐對沉積后的試樣進行熱處理，共設計了4組試驗，以研究溫度對涂層性能的影響。第1組，試樣為未熱處理試樣，作為對照試樣。第2組，將沉積涂層后的試樣在高溫電阻爐中加熱至300 ℃，保溫40 min，然后取出，并在空氣中冷卻至室溫。第3組，將沉積涂層后的試樣在高溫電阻爐中加熱至400 ℃，保溫40 min，然后取出，并在空氣中冷卻至室溫。第4組，重復第2組的熱處理過程2次，其中熱處理爐的升溫速率為8 ℃/min。具體熱處理過程和試樣編號如表1所示。

表1 TiN/Ti多層涂層的熱處理工藝

Tab.1 Heat treatment process of TiN/Ti multilayer coating

1.3 砂塵沖蝕試驗

加熱后的試樣采用自行研制的沖蝕試驗平臺進行沖蝕性能考核試驗，沖蝕試驗平臺由空壓機、儲氣罐、送粉器、控制柜和沖蝕實驗艙等組成，在沖蝕試驗艙里布置適用于不同試驗件的夾具。在沖蝕試驗平臺的送粉器中放置試驗砂，試驗砂滿足GJB 1171—91要求，砂粒粒徑為0～200 μm，試驗砂的宏觀形貌和粒徑分布如圖1所示。其中，10=49.96 μm，50=108.5 μm，90=180.6 μm，D表示樣品的累計粒度分布百分數(shù)達到%時所對應的粒徑。參數(shù)設置：沖蝕速度為130 m/s，沖蝕角度為45°，供砂量為6.4 g/min（5級砂塵濃度的3倍），沖蝕性能考核細節(jié)可以參考筆者所在課題組之前的研究[10-11]。

圖1 試驗砂的特性

1.4 表面狀態(tài)表征方法

采用WS?2005劃痕儀測量試樣表面的結(jié)合力，采用蔡司Axio vert A1金相顯微鏡觀測涂層的劃痕形貌，放大倍數(shù)為50。采用SCTMC數(shù)顯顯微硬度計測量試樣表面的顯微硬度，采用ME204E的電子天平稱量試樣的質(zhì)量，并計算沖蝕率。采用蔡司EVO?10鎢燈絲掃描電鏡對試樣表面和截面形貌進行觀察，采用Bruker Xflash 6130能譜儀對試樣表面元素進行測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 涂層的結(jié)構

試樣經(jīng)過不同熱處理后的照片如圖2所示，可以看出4組試樣的表面顏色均保持了TiN涂層的金黃色。

圖2 試樣經(jīng)過不同熱處理后的表面形貌照片

為了進一步明確溫度對涂層的影響，對試樣進行EDS測試，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，試樣20–1、20–2、20–3和20–4能譜結(jié)果中N元素的含量基本保持不變，說明試樣經(jīng)過熱處理后并未被氧化。主要原因：TiN被氧化的過程是空氣中O元素通過擴散進而取代N元素生成TiO2[12-13]，N元素的含量保持不變，說明沒有O元素取代N元素，即說明涂層未被氧化，這與試樣表面顏色未發(fā)生變化一致。能譜結(jié)果顯示，試樣20–1、20–2、20–3和20–4表面的主要元素除了含有Ti和N外，還含有O元素和C元素?？赡艿脑蚴窃谔幚碓嚇舆^程中，空氣中存在的油脂等有機物吸附到試樣表面，造成了污染，導致能譜結(jié)果中檢測出O元素和C元素。

4組試樣的截面結(jié)構如圖4所示，可以看出，涂層是典型的多層結(jié)構，TiN層與Ti層之間界面清晰；試樣20–1、20–2、20–3和20–4涂層的總厚度分別為20.94、20.93、21.76、19.77 μm，與設計厚度（20 μm）基本保持一致。與基體相鄰的一層為Ti過渡層，目的是降低基體與TiN之間的晶格錯配度，提高涂層之間的結(jié)合力。從圖4a—c可以看出，多層涂層結(jié)構完整、無剝落現(xiàn)象。從圖4d中可以看出，部分區(qū)域（紅色虛線所示）有涂層剝落現(xiàn)象。主要原因：涂層最外層為TiN層，在TiN層下面為Ti層，TiN的熱膨脹系數(shù)與Ti的熱膨脹系數(shù)不同，在熱處理過程中不同的熱膨脹系數(shù)導致TiN層與Ti層的變形程度不同。單次加熱至300 ℃和400 ℃時，不同層的涂層變形程度還未引起涂層的剝落，但經(jīng)過多次熱處理后，不同層之間的變形程度增加，會引起涂層的剝落。

2.2 涂層的力學性能

結(jié)合力和硬度對涂層性能的影響較大，它們是評價涂層質(zhì)量的關鍵指標[14-15]。根據(jù)ASTM C1624? 05[16]，選擇LC2（即涂層第1次局部剝落時）的載荷來表征涂層與基體的結(jié)合力。設定動載荷為80 N，加載速率為80 N/s，劃痕長度為5 mm。4組試樣的劃痕形貌如圖5所示。由圖5可知，試樣20?1、20?2、20?3和20?4的結(jié)合力分別為64.1、64.4、64.4、65.6 N。經(jīng)過多次熱處理后，不同層之間的變形程度增加，引起部分區(qū)域涂層剝落，如圖4d所示。隨著熱處理時間的延長，涂層的內(nèi)應力逐漸減少，所以結(jié)合力基本保持不變，即低溫短時熱處理對試樣結(jié)合力的影響不大。

圖3 試樣的EDS結(jié)果

圖4 試樣的截面形貌

圖5 TiN/Ti涂層的劃痕形貌

采用SCTMC數(shù)顯顯微硬度計測試試樣表面的維氏硬度，參數(shù)設置：載荷為2.94 N、加載時間為15 s。根據(jù)QJ 482—1990《金屬鍍覆層顯微硬度測試方法》[17]，為了避免基體金屬對涂層硬度的影響，涂層厚度應大于壓痕對角線的1/7，此研究中試樣的壓痕形貌如圖6a所示。試樣的壓痕對角線長度為14～16.2 μm，即壓入深度為2～2.3 μm，約為厚度的10%，滿足測試要求。從圖6a中還可以看出，4組試樣涂層表面的壓痕四角未產(chǎn)生明顯的微裂紋，說明經(jīng)過不同熱處理后，涂層仍然具有較好的韌性。試樣表面的維氏硬度如圖6b所示，可以看出，試樣20?1、20?2、20?3和20?4涂層的顯微硬度分別為2 764.1HV、2 748.9HV、2 493.2HV、2 255.2HV。與常溫試樣相比，隨著熱處理溫度的升高，試樣的顯微硬度逐漸下降。由于溫度較低，所以顯微硬度的下降幅度較小，硬度仍然大于2 000HV，這與張勇等[18]的研究結(jié)果一致。對比300 ℃單次熱處理和300 ℃多次熱處理后試樣的顯微硬度可知，多次熱處理會引起涂層硬度的下降。這可能是由于多次熱處理的時間較長，導致晶粒長大、硬度下降[19]。

圖6 試樣的顯微硬度

采用多晶X射線衍射儀測量涂層的物相結(jié)構，采用Cu靶產(chǎn)生的Kα1射線進行測試，發(fā)射電壓為40 kV，電流為40 mA，掠入射角為1°，2的掃描范圍為20°～80°，掃描速度為4 (°)/min。4組試樣表面TiN/Ti涂層的XRD衍射圖譜如圖7所示。從圖7可以看出，經(jīng)過不同的熱處理后，4組試樣的物相主要為 TiN（111）、TiN（200）、TiN（220）和TiN（311），經(jīng)過不同熱處理后TiN的衍射峰強度略有變化，衍射峰的半高寬也發(fā)生了變化。采用Scherrer公式計算涂層的晶粒平均直徑，如式（1）所示。

圖7 TiN/Ti涂層的XRD衍射圖譜

式中：D為（）方向上晶粒的平均直徑；為Scherrer常數(shù)，通常為0.89；為入射X射線的波長；為布拉格衍射角；為衍射峰的半高寬。

晶粒直徑通過XRD分析軟件JADE計算獲得，計算得到試樣20?2和20?4的晶粒平均直徑分別為17.49 nm和21.57 nm。結(jié)果表明，通過多次熱處理，晶粒稍有長大，導致硬度下降，這與試樣20?2和20?4的顯微硬度測試結(jié)果一致。

2.3 涂層的損傷形貌

在沖蝕試驗過程中，實時觀察試樣的表面形貌，待基體露出時則停止試驗。在沖蝕試驗前后，分別對試樣進行清洗和稱量。將試樣放入超聲波清潔器中，用乙醇清潔試樣，以去除其表面污染物或可能嵌入試樣表面的砂粒，并將清洗后的試樣吹干。采用電子天平（ME204E）對試樣進行稱量，重復測試3次，取平均值，以降低誤差。根據(jù)ASTM G76—2007[20]，采用沖蝕率作為評價涂層抗沖蝕性能的指標，沖蝕率由質(zhì)量損失與時間曲線的斜率確定。

試樣的沖蝕率如圖8所示。由圖8可知，試樣20?1、20?2、20?3和20?4的沖蝕率分別為0.117、0.100、0.156、0.120 mg/min。通過比較可知，試樣20?3的沖蝕率相對最大，說明溫度越高，試樣的抗沖蝕性能越差。比較試樣20?2和20?4的沖蝕率可知，沖蝕率稍有增加，但增加的幅度較小，說明在300 ℃熱處理時，處理次數(shù)對試樣抗沖蝕性能的影響不大。總體來說，與試樣20?1相比，試樣20?2、20?3和20?4的沖蝕率變化不大，說明在溫度≤400 ℃時對試樣進行熱處理，會因熱處理溫度較低且熱處理時間較短，從而對試樣抗沖蝕性能的影響不大。當涂層失效時，試樣20?1、20?2、20?3和20?4的沖蝕作用時間分別為6、5、4.5、5 min。說明溫度越高，熱處理次數(shù)越多，涂層對基體的保護時間越短。

圖8 試樣的沖蝕率

試樣經(jīng)過砂粒沖蝕后的宏觀損傷形貌如圖9所示。從圖9可以看出，所有試樣的沖蝕中心區(qū)域顯示為灰色，表明此區(qū)域的涂層完全被侵蝕掉，露出了基體；在沖蝕損傷邊緣區(qū)域，灰色逐漸向金黃色過渡，并且離散地分布著大量材料去除后形成的圓形凹坑。主要原因：試樣的中心區(qū)域正對著噴嘴出口，砂粒的濃度相對最大，沖蝕最嚴重，而從中心區(qū)域到邊緣區(qū)域，砂粒的濃度逐漸降低，損傷則逐漸減弱[21]。涂層表面存在零散分布的凹坑缺陷（圖9中紅圈所示），在砂粒沖蝕涂層的初期，失效最先發(fā)生在涂層表面的缺陷處。原因是這些缺陷處存在應力集中現(xiàn)象，導致砂粒高速沖擊涂層時最先在這些缺陷位置萌生裂紋，并進一步擴展，最終使離散的損傷區(qū)域慢慢擴大，相互交叉，涂層剝落失效，這與Zhang等[4]的研究結(jié)果一致。

為了進一步揭示溫度對涂層的損傷機理，對損傷區(qū)域的微觀形貌進行了觀察，如圖10所示。從圖10可以看出，涂層的損傷區(qū)域分為3個部分：中心區(qū)Ⅰ、過渡區(qū)Ⅱ、最外層區(qū)Ⅲ。在中心區(qū)Ⅰ可以看到，基體已暴露出來，且存在犁溝樣的沖蝕損傷特征。形成犁溝樣損傷特征的原因：在涂層剝落后，砂塵粒子會沖蝕基體，對基體產(chǎn)生了微切削作用。在過渡區(qū)Ⅱ可以看到，涂層為典型的多層結(jié)構，且沿著砂粒的沖蝕方向涂層去除的層數(shù)逐漸減少，依次露出涂層的不同層，涂層的去除顯示出層層剝落的損傷特征。在過渡區(qū)Ⅱ的放大圖中可以看到，在涂層未完全剝落的區(qū)域存在脆性碎裂形態(tài)，表明涂層的主要沖蝕損傷機理為脆性剝落的失效模式。在涂層未完全剝落的區(qū)域還存在許多橫向裂紋和縱向裂紋，隨著沖蝕過程的進行，橫向裂紋和縱向裂紋不斷發(fā)展，并有新的裂紋萌生，最終裂紋交叉，形成環(huán)形裂紋，裂紋的進一步擴展導致涂層被去除，從而失去對基體的保護作用。在最外層區(qū)Ⅲ可以看到一些圓形的凹坑，這些凹坑主要由砂粒沖蝕后涂層部分被去除后所形成。進一步觀察可知，在整個沖蝕過程中，不同試樣的裂紋數(shù)量無明顯變化，所以試樣在經(jīng)過不同的熱處理后，沖蝕率基本保持不變，這與圖8的結(jié)果一致。

將試樣20?2、20?3與試樣20?1比較可知，經(jīng)過熱處理后，涂層的物相未發(fā)生變化，主要為TiN（111）、TiN（200）、TiN（220）和TiN（311），涂層之間界面清晰，涂層未發(fā)生氧化現(xiàn)象，涂層未剝落，所以涂層的結(jié)合力基本保持不變，涂層的顯微硬度略有降低。比較試樣20?2和20?4可知，試樣經(jīng)過單次熱處理和2次熱處理后，涂層的物相主要為TiN（111）、TiN（200）、TiN（220）和TiN（311），涂層之間界面清晰，涂層未發(fā)生氧化現(xiàn)象，但經(jīng)過2次熱處理后不同層之間的變形程度增加，引起部分區(qū)域的涂層剝落。隨著熱處理的進行，涂層的內(nèi)應力逐漸減少，所以涂層的結(jié)合力基本保持不變。由于涂層的平均晶粒直徑由17.49 nm變?yōu)?1.57 nm，所以使涂層的顯微硬度由2 748.9HV降至2 255.2HV。比較試樣20?1、20?2、20?3和試樣20?4的沖蝕微觀組織可知，4組試樣在經(jīng)過砂粒沖蝕后，涂層中裂紋相互交叉，形成了環(huán)狀裂紋；隨著沖蝕的進行，涂層被去除，引起涂層失效，沖蝕損傷機理為分層剝落的脆性剝落。在整個沖蝕過程中，4組試樣涂層內(nèi)部的裂紋數(shù)量基本不變，所以4組試樣的沖蝕率基本保持不變。不過，熱處理溫度越高，熱處理次數(shù)越多，晶粒長大，不同層之間的變形程度增加，涂層剝落，導致涂層對基體的保護時間縮短。

圖9 試樣表面宏觀形貌

圖10 TiN/Ti陶瓷涂層在沖蝕角度為45°、速度為130 m/s下的微觀形貌

3 結(jié)論

采用磁控濺射離子鍍技術在TC4鈦合金表面制備TiN/Ti多層涂層，經(jīng)過熱處理后對試樣進行了砂塵沖蝕試驗，研究了熱處理溫度和熱處理次數(shù)對TiN/Ti多層涂層力學性能和沖蝕損傷演化規(guī)律的影響，可以得出以下結(jié)論。

1）TiN /Ti 多層涂層在低溫（≤400 ℃）短時間熱處理后，涂層的物相未發(fā)生變化，仍以 TiN（111）、TiN（200）、TiN（220）和TiN（311）為主，涂層結(jié)構完整，最外層的TiN涂層沒有發(fā)生氧化現(xiàn)象。

2）在低溫（≤400 ℃）短時間熱處理后，TiN/Ti 多層涂層的結(jié)合力基本保持不變，顯微硬度略有下降，溫度越高，熱處理次數(shù)越多，則下降的幅度越大。

3）經(jīng)過低溫短時間熱處理后，TiN/Ti 多層涂層的抗沖蝕性能的變化幅度較小，但對基體的保護時間縮短，TiN/Ti 多層涂層的沖蝕損傷機理為環(huán)形裂紋引起分層剝落的脆性剝落。

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Erosion Damage Characteristics and Mechanism of TiN/Ti Multilayer Coatings of Different Heat Treatment

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(1. Science and Technology on Plasma Dynamics Laboratory, Air Force Engineering University, Xi'an 710038, China)

Sand erosion causes serious damage to the compressor blades of military helicopter engine, which has become one of the factors restricting helicopters to carry out combat/rescue missions in sand environment. Alternating soft and hard multilayer ceramic coating can properly balance strength and toughness, which is an ideal material to improve the service performance of aero-engine compressor blade under sand erosion condition. The work aims to solve the problem that the erosion failure mechanism of TiN/Ti multilayer coatings at high temperature is still unclear, and investigate the erosion damage mechanism of TiN/Ti multilayer coatings with different heat treatment.

In this study, TC4 titanium alloy with a size of 50 mm×20 mm×3 mm was selected as the matrix, and then polished with metallographic sandpaper until the surface roughness reached<0.20 μm. The TiN/Ti multilayer coatings were prepared on the surface of TC4 substrate by magnetic filter cathode vacuum arc deposition technology. The specimens were heated in a heat treatment furnace under different conditions (300 ℃/40 min, air-cooled; 400 ℃/40 min, air-cooled; 300 ℃/40 min, air-cooled + 300 ℃/40 min, air-cooled) to simulate its performance change under the high temperature. The adhesion strength of the coatings was tested by scratch tester (WS-2005) with the load of 80 N, loading rate of 80 N/s, and scratch length of 5 mm. The microhardness was tested by microhardness tester (SCTMC) with the load of 300 g and loading time of 15 s. Moreover, the surface morphology and cross-section morphology of the coatings were observed by scanning electron microscope (Zeiss EVO-10), and the elements distribution on the surface of the sample was tested by energy dispersive spectrometer (Bruker Xflash 6130). Afterwards, the erosion performance tests were carried out at a speed of 130 m/s and an angle of 45° on the erosion test platform to obtain the erosion resistance evolution law of the coatings under different temperature.

The results indicated that after short time heat treatment at low temperature (≤400 ℃), the multilayer coating structure was intact and the main phases of the coating remained unchanged, showing TiN (111), TiN (200), TiN (220) and TiN (311) textures. No oxidation phenomenon occured in the top TiN layer and the adhesion strength of the coatings before and after heat treatment remained roughly the same, which were 64.1, 64.4, 64.4, 65.6 N, respectively. After heat treatment, the microhardness of the coatings decreased slightly, changing from 2 764.1HV to 2 748.9HV, 2 493.2HV and 2 255.2HV, respectively.The variation of erosion resistance of TiN/Ti multilayer coatings was not significant. The erosion rate changed from 0.117 mg/min to 0.100 mg/min, 0.156 mg/min and 0.120 mg/min, respectively.

In conclusion, the effect of short time heat treatment at low temperature (≤400 ℃) on erosion damage mechanism of TiN/Ti multilayer coating is insignificant. Under the action of sand erosion, transverse cracks and longitudinal cracks form inside the coating,and the cracks develop continuously and new cracks are initiated with the further development of erosion. Then the cracks cross and form ring cracks, which leads to coating spalling and loss of protection to matrix. The erosion damage mechanism is brittle peeling failure mechanism caused by ring crack.

sand erosion; TiN/Ti multilayer coatings; temperature; heat treatment; damage mechanism

TG178

A

1001-3660(2022)10-0049-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.10.006

2022?03?09；

2022?07?27

2022-03-09；

2022-07-27

陜西省科技計劃（2022JM?270）

Shaanxi Science and Technology Project (2022JM-270)

楊竹芳（1981—），女，碩士，副教授，主要研究方向為航空發(fā)動機表面改性技術。

YANG Zhu-fang (1981-), Female, Master, Associate professor, Research focus: surface modification technology.

羅思海（1990—），男，博士，講師，主要研究方向為航空發(fā)動機激光制造與表面工程。

LUO Si-hai (1990-), Male, Doctor, Lecturer, Research focus: laser manufacturing and surface engineering.

楊竹芳, 何光宇, 羅思海, 等.不同熱處理TiN/Ti多層涂層沖蝕損傷特征與機理[J]. 表面技術, 2022, 51(10):49-57.

YANG Zhu-fang, HE Guang-yu, LUO Si-hai, et al. Erosion Damage Characteristics and Mechanism of TiN/Ti Multilayer Coatings of Different Heat Treatment[J]. Surface Technology, 2022, 51(10): 49-57.

責任編輯：彭颋