李玉琴，文建中，孙志平

（1.空军工程大学 等离子体动力学国家级重点实验室，西安710038；2.长安大学 材料科学与工程学院，西安 710064）

TC4 钛合金是一种典型的α+β 相钛合金，因具有较高的比强度和比刚度、较强的韧性以及优异的抗腐蚀性能等特点，被广泛应用于航空发动机叶盘、叶片[1]。由于TC4 钛合金的硬度较低，抗冲蚀磨损性能较差，因此TC4 钛合金叶片在工作中面临突出的冲蚀损伤问题[2]。图1 为飞机在沙漠执行任务时的情况，微米级的细小砂粒随着气流吸入航空发动机内，与压气机叶片高速冲击、碰摩，从而引起发动机叶片的冲蚀损伤[3]。另据2007 年美军针对“沙漠风暴”行动的一份研究报告[4]指出，CH-46E 直升机上装配的T58 涡轴发动机叶片，初始设计寿命为3000 h，而在沙漠环境下的实际服役寿命仅为100 h。

图1 发动机叶片在砂尘环境下的损伤Fig.1 Damage of engine blade under sand and dust environment:a) the plane performs a mission in the desert, b) blade erosion damage

研究发现，砂粒的冲蚀作用机理非常复杂，是砂粒对叶片冲击和磨损的耦合作用产生的，砂粒的冲蚀速度、角度以及质量等均影响着材料的冲蚀损伤程度[5]。通过涂层保护是提高材料抗冲蚀性能的重要手段。早期，国内外的研究主要集中在ZrN、TiN 等陶瓷涂层[6-7]，但是由于ZrN、TiN 等陶瓷涂层的脆性比较大、断裂韧性低，因此其在服役环境下受到砂粒冲击而极易出现裂纹。随着对冲蚀损伤机理的深入研究，发现同时具备良好韧性和较高硬度的涂层才是提升材料抗冲蚀性能的关键。采用多个靶材沉积或者直接采用合金靶材，可以制备出含有不同元素的涂层（如TiAlN等），其抗冲蚀性能比双元素陶瓷材料涂层能够得到大幅提高[8-9]。……