耐磨涂层结合强度要求

对耐磨涂层的要求取决于耐磨涂层与基体材料的力学匹配性、化学匹配性、施加载荷的方向和大小以及涂层本身的性能。根据耐磨涂层的应用不同，涂层硬度、化学稳定性、涂层屈服强度、抗裂纹生核与长大的能力等因素都影响涂层的耐磨性能。

对耐磨涂层的首要要求就是确保涂层与基体有足够的结合强度，为此，基体材料与涂层材料的选择与设计应以确保涂层牢固结合为前提。

1)基体应无变形。当耐磨涂层用于高负荷工况时，基体应有足够的硬度和屈服强度，以支承涂层不发生变形。

2)涂层与基体材料的弹性模量匹配性。在弹性应变情况下，如果涂层与基体的弹性模量不匹配，在负载时就会在涂层与基体的界面处产生陡变式的应力。若涂层的刚性大于基体，涂层中的应力就会增大。随着载荷和涂层与基体的弹性模量差别增大，应力增大。

3)涂层与基体材料的刚性匹配。要使硬质耐磨涂层具有较长的使用寿命，涂层与基体材料的刚性应有合理的匹配。如果在刚性小的基体材料上沉积刚性高的涂层。由于刚性不匹配，就会使涂层中的拉应力增大，导致在涂层中形成裂纹并波及到基体，从而引起涂层发生早期破坏。

4)热膨胀系数的匹配性。如果涂层与基体材料的热膨胀系数不匹配，就会因体积变化而产生应力。通常，涂层与基体相比是很薄的，因此，基体的热膨胀基本上不受涂层热膨胀的影响，而涂层的热膨胀则强烈的受到基体热膨胀的影响。涂层与基体由于热膨胀不匹配而产生的热应力基本上都集中在涂层中。热膨胀系数差别越大，涂层中的应力就会越大，产生裂纹甚至剥落的倾向性就越大。这就是许多耐磨涂层尚未遭受严重磨损就发生过早剥落失效的主要原因之一。

当基体的热膨胀系数大于涂层的热膨胀系数时，在升高温度时产生的应力为拉应力，反之，若涂层的热膨胀系数大于基体时，则为压应力。

大多数碳化物、氮化物及金属陶瓷涂层的热膨胀系数均小于钢，只有TiN、NbN和Cr3C2的热膨胀系数比较接近于高速钢的热膨胀系数，但差别仍不小。

5)涂层与基体材料之间的亲和力。涂层与基体之间的亲和力即化学结合能力直接影响涂层与基体之间的结合强度。通常，一种化合物在另 一种化合物中的固溶度低时，它们之间的结合强度也弱。只有当涂层与基体之间具有最大的化学亲和力而又不会产生脆性界面相时，涂层与基体的结合强度才最大，才能充分发挥耐磨涂层的作用。