第十五届全国表面工程青年学术会议

TiN薄膜因其高硬度、耐磨性等优异性能，被广泛应用于高温合金涡轮叶片与硬质合金刀具等关键零部件。然而，TiN断裂韧性较低、内部应力较大，在外部载荷下易发生开裂，且与基体的结合强度不足。Ti-TiN多层涂层结构可有效细化晶粒、增强塑性变形能力并降低残余应力。然而，高温合金与硬质合金在热膨胀系数及化学组成等方面存在显著差异，这些差异直接影响涂层沉积行为与界面结合性能。因此，系统研究两类基体上Ti-TiN涂层的沉积机理，对于优化工艺窗口、提升涂层-基体系统的服役可靠性具有重要的理论与工程价值。本文采用分子动力学方法，对比研究了高温合金（NiCrAl）与硬质合金（WC-Co）基体上TiN薄膜与Ti-TiN薄膜的沉积过程。模拟结果表明，引入Ti层可有效抑制TiN的岛状生长趋势，降低薄膜表面粗糙度，并显著减小内部残余应力。在界面混合行为方面，Ti-TiN薄膜与NiCrAl基体的界面混合层数多于与WC-Co基体的界面混合层数；而在应力分布上，WC-Co/Ti界面处的压应力大于NiCrAl/Ti界面。上述结果表明，相比于硬质合金，Ti-TiN薄膜与高温合金基体表现出更强的界面结合能力。摩擦划痕实验结果进一步验证了该结论，即高温合金上沉积的Ti-TiN薄膜结合力高于硬质合金上的沉积薄膜。未来研究将聚焦元素掺杂对涂层力学性能的影响，系统探究涂层的力学、抗氧化与耐腐蚀性能，为开发新型多层防护涂层提供理论依据与工艺参考。

Ti-TiN多层涂层；分子动力学；沉积