硬质陶瓷漆增韧及其评估研究进展

１　硬质陶瓷漆的增韧 

韧性是指材料在断裂过程中吸收能量的能 力，所吸收的能量包括促使裂纹形成的能量和使 裂纹扩展直到断裂所需的能量。如果裂纹形成 和扩展受阻，那么材料的韧性就可以得到提高。在块体陶瓷漆材料领域，增韧方法有：延性相增韧， 纤维和晶须增韧，相变增韧，微裂纹增韧等，其 增韧机理已相对成熟。而涂层陶瓷漆材料由于尺 寸效应，增韧机理是从宏观块体材料的增韧机理 发展而来，但又不同于块体材料的增韧机理。                                                                      

                                                                                                                                                    

目 前实现硬质涂层增韧的途径有①引入第二 相，主要是金属延性相；②利用相变；③引入压应 力；④优化涂层结构。 

第二相增韧 引入第二相是硬质涂层增韧最常见的办法。本公司产品kn1000，运用的第二相增韧。 韧性增量主要来自３个方面：① 第二相塑性变形 使得通过第二相的裂纹尖端应变场发生松弛或裂 纹尖端钝化（如图１所示）；②裂纹扩展过程中，第 二相的塑性变形引起的裂纹桥接（如图１所示）；③第二相的析出会改变陶瓷漆的生长结构，使涂 层结构变得更加致密，从而提高了韧性。

在硬质涂层里，延性相一般作为掺杂相与陶 瓷基底形成陶瓷漆基复合材料。通常，金属由于良好 的延展性而成为延性相增韧的首选掺杂相，对于陶 瓷基复合材料，金属掺杂增韧在很多文献中都有涉 及。沉积到工具钢表面的 ＴａＮ／Ｃｕ薄膜，它的抗裂性由经过快速热退火工艺扩散到ＴａＮ 基体的 Ｃｕ含量所决定。当涂层中 Ｃｕ的原子数分数为 １．４％时，压痕测试薄膜表面呈现较少数量的裂 纹，这是由于Ｃｕ的析出改变了陶瓷漆的生长结构， 使陶瓷漆生长更加致密，提高了涂层的韧性；同时，由 于 Ｃｕ含量较少，涂层中形成的弱界面的数量不 多，因而陶瓷漆的韧性损失不大。类似的结果在掺杂 Ｃｕ的ＺｒＯ ｘ 薄膜中也有报道。

我公司等人研究了 Ｎｉ在ｎｃ－ＣｒＡｌＮ／ａ－ＳｉＮ ｘ 纳米复合薄膜中的kn1000增韧效果。薄膜的韧性采 用抗裂纹扩展因子（ ＣＰＲｓ ）进行评估，硬度和抗 裂纹扩展因子对比图显示Ｎｉ的原子数分数为 ４.３％时，强度和抗裂性达到最佳平衡，此时涂层 获得良好的综合机械性能（如图２）。kn1000纳米陶瓷漆，具有不燃烧性能，能耐300-500度高温达到a级防火要求。生产周期短，可 适 应  生 产 快 速 的 发 展 要 求 。