合金化与复合协同强韧化原位自生MoSi2基纳米晶复合涂层的性能研究

本项目采用双阴极金属-非金属等离子溅射沉积技术，在Ti6Al4V表面预制备纳米晶MoSi2和Cr、Al合金化的MoSi2涂层，然后再进行离子氮化，利用原位反应自生成Mo5Si3/Si3N4协同强韧化MoSi2基纳米晶复合涂层。该涂层耦合集成了合金化、复合化、纳米化三种强韧化方法，并基于它们的协同效应，在克服MoSi2的低温本征脆性的同时，改善MoSi2的中低温抗氧化性能的不足。通过深入系统地研究合金化元素种类与含量、强化相含量与形态、纳米晶粒尺寸，以及三者的协同效应对MoSi2基纳米晶涂层强韧性的影响。揭示MoSi2基纳米晶复合涂层的微观组织结构与涂层力学性能、抗氧化性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能之间关系。本项目为探索在钛合金表面制备高强韧性、抗氧化、耐磨损、耐蚀涂层体系开辟了一条新的技术途径。项目的研究成果对难熔金属硅化物强韧化及其综合性能研究方面具有重要的理论价值和指导意义。

本项目采用双阴极金属-非金属等离子溅射沉积技术，在Ti6Al4V表面制备了纳米晶MoSi2和Cr、Al合金化的MoSi2涂层以及Mo5Si3/Si3N4协同强韧化的MoSi2基纳米晶复合涂层。利用第一性原理计算和实验的方法相结合，系统的研究了合金化和复合化以及两者的协同效应，对MoSi2纳米晶涂层的韧性和耐腐蚀性能的影响。通过该项目的研究有利于揭示MoSi2基纳米晶复合涂层的微观组织结构、成分与涂层力学性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能之间关系。主要的研究结果：（1）第一性原理计算表明：添加Al和Cr对C40结构的MoSi2的韧性几乎没有影响，而有利于提高MoSi2的耐腐蚀性能；（2） 所制备的C40-MoSi2纳米晶涂层的硬度明显高于C40-MoSi2的理论硬度，通过计算研究表明：该现象与涂层的织构和纳米晶尺寸有关；（3）Al和Cr合金化有利于改善纳米晶Mo5Si3/MoSi2涂层的耐腐蚀与抗氧化性能；（4）Mo5Si3和Mo5Si3/Si3N4协同强韧化能明显提高C40-MoSi2纳米晶涂层的硬度和韧性，并有利于改善涂层的耐磨性能。进一步添加Al和Cr能显著提高Mo5Si3/MoSi2和Si3N4/Mo5Si3/MoSi2纳米晶复合涂层的韧性、耐磨和耐腐蚀性能。