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【摘 要】针对新型两栖装备在海洋环境服役过程中，行动部分及传动装置的部分零部件容易出现严重的腐蚀、磨损等失效问题，本论文通过分析两栖装甲突击车主要失效形式及失效机理，提出将TiAlN耐蚀硬质涂层应用到行动部分及传动装置的部分零部件表面。论文综述了TiAlN耐蚀硬质涂层的性能特点及研究现状，研究了TiAlN耐蚀硬质涂层应用到两栖装备上的可行性，并对应用前景提出了展望，对提高装备战斗力具有重要的军事和经济意义。
【关键词】TiAlN涂层；新型材料；两栖装甲装备
1. 引言
新型两栖装备作为对台作战的一个利器，目前已经大规模列装部队。由于两栖装备主要是在海洋环境中使用，因此在设计生产中充分考虑了海水、盐雾、电化学等对装备的腐蚀作用和影响。但是，由于两栖装备服役过程中要长时间在海水中作业，且沿海地区高盐雾等腐蚀介质具有很强的渗透能力，造成两栖装备的行动部分、传动部分的某些零部件均出现严重的腐蚀问题。同时经调研，两栖装备在作业过程中海水会渗入到行动部分的侧减速器内，因此侧减速器轴和齿轮，以及行动部分的某些部件（如平衡肘）在工作过程中将会受到海水或泥浆的冲蚀作用。这种冲蚀作用对部件的损伤也很大，极易造成零部件的失效。另外，随着我军新时期战略重点的转移，两栖装备需要在高温、高湿、高盐雾和高日照环境条件下进行作战使用。但在使用过程中，随着温度和湿度的变化，附着在车体及部件上的海水或盐雾将会结晶（主要成分NaCl），如果这种NaCl晶粒不能被及时冲洗干净，其体积会在一定范围内增大（可达1-2mm3），并且其硬度很高。因此将会对侧减速器轴和齿轮、平衡肘等零部件产生很大的磨粒磨损作用，而磨损同时也会进一步降低该部件的抗盐雾腐蚀能力。
可见腐蚀、磨损、冲蚀等问题将严重地影响装甲部队在沿海地区的战斗力和后勤保障能力，这就要求针对不同部件的工作环境和磨损、腐蚀失效形式，采用适当的耐磨防腐技术来提高装备的使用性能，延长装备的使用寿命。
TiAlN硬质涂层具有硬度高、耐腐蚀、高抗氧化性、高耐磨性和抗冲蚀等优良性能，已广泛应用于硬质合金刀具和耐磨零部件方面。作为一种先进的薄膜材料，在航空航天方面也有很多应用，例如航天发动机的内层耐磨层，航空发动机压气机叶片抗冲蚀和抗盐雾腐蚀镀层等。
综上所述，将TiAlN耐蚀硬质涂层应用到两栖装备上，不仅能够提高受磨损及盐雾腐蚀零部件的使用性能，更能够大大提高受冲蚀作用零部件的服役寿命，对提高装备战斗力具有重要的军事和经济意义。
2. TiAlN耐蚀硬质涂层的性能特点
2.1 硬度
TiA1N薄膜硬度的提高主要是由于Al元素的加入而引起的细晶强化作用，同时，由于较小尺寸的A1原子替代了Ti原子，产生晶格畸变，引入部分应力，也是薄膜硬度提高的原因之一。有学者研究了Al元素的含量对TiAlN的硬度的影响，得到Ti/A1值为100/0、75/25、50/50时，TiA1N 的硬度分别为2400HV0.25、2800HV0.25、3600HV0.25。由此可见，随着Al含量的增加，TiAlN的最大硬度也随之变大。而当Al含量超过50%时，研究人员称其为AlTiN，其硬度可达3800HV。AlTiN涂层的硬度随含铝量的增加而提高，而铝含量超过60%后，铝含量提高会使涂层成产生较软的AlN相，使其硬度降低。
2.2 抗高温氧化性
乔学亮等人认为膜的抗氧化性能实际是使膜中的某种元素选择性氧化，在膜表面形成一层保护性氧化层，从而避免基体在高温下的持续氧化。膜的抗氧化性理论上主要取决于膜的氧化速度以及膜的厚度。TiAlN抗高温氧化温度可达800℃以上。其抗高温氧化性能是由于Al元素的选择性氧化，在切削加工时涂层表面会生成一层极薄的非晶态Al2O3，Al2O3比TiO2稳定，且Al2O3的致密度大大高于TiO2，因此O2在A12O3中的扩散速度远低于在TiO2中的扩散速度，极大地抑制TiA1N涂层内部的继续氧化，从而提高了其抗高温氧化性能。研究表明，TiA1N涂层抗高温氧化性能与Al含量有关，在Al含量<70%时，Al含量越高抗氧化性能越好，Al含量为60%～70%的TiA1N涂层，在空气中抗氧化温度最高可达950℃。
2.3 抗摩擦磨损性
刀具在进行切削时，刀具和工件之间会发生强烈摩擦，因此要求涂覆在刀具上的涂层具有摩擦系数低、耐磨性好等优良特性。在进行摩擦磨损的对比试验时，没有涂层的钢销在刚开始时磨损很严重，摩擦系数大约为0.7，磨损量大约300μm；而沉积有TiAlN涂层的钢销在2000m的滑移距离磨损量很低且变化不大，摩擦系数大约在0.6。研究表明在一定范围内，随着A1含量的增加，TiA1N涂层的耐磨性不断提高，尤其是在高速切削时效果明显，主要是由于Al的选择性氧化，形成了比TiO2，更耐磨的Al2O3。而TiN在较低切削速度时有比TiAlN低的摩擦系数，但随速度的不断增大，在高速时摩擦系数大大高于TiAlN。
2.4 抗腐蚀性
TiAlN涂层具有优异的抗腐蚀性能。TiA1N薄膜属过渡金属氮化物，是一种电的良导体和化学惰性物质。在腐蚀反应中，薄膜本身并不参与化学反应，它仅作为腐蚀物质的传输媒介。当这种媒介有效地阻滞腐蚀物质的传输时，就会对基体起到保护作用。在腐蚀过程中，从阴极到阳极的电流回路由基体、表面和溶液组成。涂覆薄膜后，电流回路由基体、膜基界面、薄膜和溶液组成，增大了回路电阻，因而就降低了腐蚀速率。再者，腐蚀过程多发生在膜层中孔隙的底部，孔隙又很小，因此膜层的孔隙处也能够阻滞腐蚀物质的传入和腐蚀产物的传出，降低腐蚀速率。
3. TiAlN耐蚀硬质涂层在两栖装备上的应用前景
目前正处于世纪之交，在新时期的我军承担着保卫祖国改革开放，经济建设的历史重任，为了加快军队现代化建设，海洋环境两栖装备可靠性和耐用年限的提高是一个重要环节。
在海水中两栖装甲装备的平均腐蚀速率为淡水中的l0倍以上。车辆下海后，行动部分均处于水线下的全浸区，与海水充分接触。行动部分腐蚀严重的部位主要有：履带调整器、负重轮、诱导轮、平衡肘限制器固定螺栓、主动轮大螺帽、侧减速器固定螺栓及其它部位的固定螺栓等。部分螺栓连接因锈蚀而丧失了连接强度，许多螺栓拆卸时因“锈死”而被拧断。
传动部分零部件的腐蚀环境主要为高盐雾电解质水膜和高温氧化综合因素引起的腐蚀。主离合器和转向离合器、发动机排气支管、废气引射器等，锈蚀非常严重，薄壁件造成锈穿现象比较普遍。百叶窗的拉紧弹簧和销钉不仅温度高，而且经常受海水冲刷或浸泡，又无防腐处理措施，一般在海训后拉紧弹簧95%以上断裂或失效。
操纵部分活动零部件较多，而且大都处于车体底部，腐蚀环境为高湿、高盐雾和因浪花飞溅或由密封处进入车内的海水积存于车内底部而浸泡。操纵部分锈蚀比较严重的零部件主要包括拉杆、拉杆接头、销子、助力弹簧等，操纵部件的腐蚀，使活动部位摩擦阻力加大，导致操作困难，严重影响了车辆的正常操作。
TiAlN硬质涂层具有硬度高、耐腐蚀、高抗氧化性、高耐磨性和抗冲蚀等优良性能，该涂层可采用多弧离子镀、空心阴极离子镀等方式沉积于金属表面，形成特殊保护膜。同时，TiAlN硬质涂层已广泛应用于硬质合金刀具和耐磨零部件方面。作为一种先进的薄膜材料，在航空航天方面也有很多应用，例如航天发动机的内层耐磨层，航空发动机压气机叶片抗冲蚀和抗盐雾腐蚀镀层等。
因此，若将TiAlN硬质涂层应用于各型两栖装备的行动部分、传动部分、及操纵部分的易腐蝕、磨损的金属材质零部件，定会提高装备的服役寿命和战斗力。从现在的发展状况来看，应该加强TiAlN耐蚀硬质涂层抗冲蚀性能的研究，使海洋环境军事装备及设施的腐蚀技术发展到新水平。
参考文献：
[1]王均涛. TiAIN硬质涂层的研究进展. 材料热处理技术. 2010（39）： 104-109.
[2]罗自成，王均涛. TiAIN刀具涂层影响因素的研究. 材料热处理技术. 2012（41）： 173-175.
[3]雷斌，朱旻昊. TiA1N涂层往复滑动的摩擦学性能研究. 润滑与密封. 2006（6）： 64-67.
【关键词】TiAlN涂层；新型材料；两栖装甲装备
1. 引言
新型两栖装备作为对台作战的一个利器，目前已经大规模列装部队。由于两栖装备主要是在海洋环境中使用，因此在设计生产中充分考虑了海水、盐雾、电化学等对装备的腐蚀作用和影响。但是，由于两栖装备服役过程中要长时间在海水中作业，且沿海地区高盐雾等腐蚀介质具有很强的渗透能力，造成两栖装备的行动部分、传动部分的某些零部件均出现严重的腐蚀问题。同时经调研，两栖装备在作业过程中海水会渗入到行动部分的侧减速器内，因此侧减速器轴和齿轮，以及行动部分的某些部件（如平衡肘）在工作过程中将会受到海水或泥浆的冲蚀作用。这种冲蚀作用对部件的损伤也很大，极易造成零部件的失效。另外，随着我军新时期战略重点的转移，两栖装备需要在高温、高湿、高盐雾和高日照环境条件下进行作战使用。但在使用过程中，随着温度和湿度的变化，附着在车体及部件上的海水或盐雾将会结晶（主要成分NaCl），如果这种NaCl晶粒不能被及时冲洗干净，其体积会在一定范围内增大（可达1-2mm3），并且其硬度很高。因此将会对侧减速器轴和齿轮、平衡肘等零部件产生很大的磨粒磨损作用，而磨损同时也会进一步降低该部件的抗盐雾腐蚀能力。
可见腐蚀、磨损、冲蚀等问题将严重地影响装甲部队在沿海地区的战斗力和后勤保障能力，这就要求针对不同部件的工作环境和磨损、腐蚀失效形式，采用适当的耐磨防腐技术来提高装备的使用性能，延长装备的使用寿命。
TiAlN硬质涂层具有硬度高、耐腐蚀、高抗氧化性、高耐磨性和抗冲蚀等优良性能，已广泛应用于硬质合金刀具和耐磨零部件方面。作为一种先进的薄膜材料，在航空航天方面也有很多应用，例如航天发动机的内层耐磨层，航空发动机压气机叶片抗冲蚀和抗盐雾腐蚀镀层等。
综上所述，将TiAlN耐蚀硬质涂层应用到两栖装备上，不仅能够提高受磨损及盐雾腐蚀零部件的使用性能，更能够大大提高受冲蚀作用零部件的服役寿命，对提高装备战斗力具有重要的军事和经济意义。
2. TiAlN耐蚀硬质涂层的性能特点
2.1 硬度
TiA1N薄膜硬度的提高主要是由于Al元素的加入而引起的细晶强化作用，同时，由于较小尺寸的A1原子替代了Ti原子，产生晶格畸变，引入部分应力，也是薄膜硬度提高的原因之一。有学者研究了Al元素的含量对TiAlN的硬度的影响，得到Ti/A1值为100/0、75/25、50/50时，TiA1N 的硬度分别为2400HV0.25、2800HV0.25、3600HV0.25。由此可见，随着Al含量的增加，TiAlN的最大硬度也随之变大。而当Al含量超过50%时，研究人员称其为AlTiN，其硬度可达3800HV。AlTiN涂层的硬度随含铝量的增加而提高，而铝含量超过60%后，铝含量提高会使涂层成产生较软的AlN相，使其硬度降低。
2.2 抗高温氧化性
乔学亮等人认为膜的抗氧化性能实际是使膜中的某种元素选择性氧化，在膜表面形成一层保护性氧化层，从而避免基体在高温下的持续氧化。膜的抗氧化性理论上主要取决于膜的氧化速度以及膜的厚度。TiAlN抗高温氧化温度可达800℃以上。其抗高温氧化性能是由于Al元素的选择性氧化，在切削加工时涂层表面会生成一层极薄的非晶态Al2O3，Al2O3比TiO2稳定，且Al2O3的致密度大大高于TiO2，因此O2在A12O3中的扩散速度远低于在TiO2中的扩散速度，极大地抑制TiA1N涂层内部的继续氧化，从而提高了其抗高温氧化性能。研究表明，TiA1N涂层抗高温氧化性能与Al含量有关，在Al含量<70%时，Al含量越高抗氧化性能越好，Al含量为60%～70%的TiA1N涂层，在空气中抗氧化温度最高可达950℃。
2.3 抗摩擦磨损性
刀具在进行切削时，刀具和工件之间会发生强烈摩擦，因此要求涂覆在刀具上的涂层具有摩擦系数低、耐磨性好等优良特性。在进行摩擦磨损的对比试验时，没有涂层的钢销在刚开始时磨损很严重，摩擦系数大约为0.7，磨损量大约300μm；而沉积有TiAlN涂层的钢销在2000m的滑移距离磨损量很低且变化不大，摩擦系数大约在0.6。研究表明在一定范围内，随着A1含量的增加，TiA1N涂层的耐磨性不断提高，尤其是在高速切削时效果明显，主要是由于Al的选择性氧化，形成了比TiO2，更耐磨的Al2O3。而TiN在较低切削速度时有比TiAlN低的摩擦系数，但随速度的不断增大，在高速时摩擦系数大大高于TiAlN。
2.4 抗腐蚀性
TiAlN涂层具有优异的抗腐蚀性能。TiA1N薄膜属过渡金属氮化物，是一种电的良导体和化学惰性物质。在腐蚀反应中，薄膜本身并不参与化学反应，它仅作为腐蚀物质的传输媒介。当这种媒介有效地阻滞腐蚀物质的传输时，就会对基体起到保护作用。在腐蚀过程中，从阴极到阳极的电流回路由基体、表面和溶液组成。涂覆薄膜后，电流回路由基体、膜基界面、薄膜和溶液组成，增大了回路电阻，因而就降低了腐蚀速率。再者，腐蚀过程多发生在膜层中孔隙的底部，孔隙又很小，因此膜层的孔隙处也能够阻滞腐蚀物质的传入和腐蚀产物的传出，降低腐蚀速率。
3. TiAlN耐蚀硬质涂层在两栖装备上的应用前景
目前正处于世纪之交，在新时期的我军承担着保卫祖国改革开放，经济建设的历史重任，为了加快军队现代化建设，海洋环境两栖装备可靠性和耐用年限的提高是一个重要环节。
在海水中两栖装甲装备的平均腐蚀速率为淡水中的l0倍以上。车辆下海后，行动部分均处于水线下的全浸区，与海水充分接触。行动部分腐蚀严重的部位主要有：履带调整器、负重轮、诱导轮、平衡肘限制器固定螺栓、主动轮大螺帽、侧减速器固定螺栓及其它部位的固定螺栓等。部分螺栓连接因锈蚀而丧失了连接强度，许多螺栓拆卸时因“锈死”而被拧断。
传动部分零部件的腐蚀环境主要为高盐雾电解质水膜和高温氧化综合因素引起的腐蚀。主离合器和转向离合器、发动机排气支管、废气引射器等，锈蚀非常严重，薄壁件造成锈穿现象比较普遍。百叶窗的拉紧弹簧和销钉不仅温度高，而且经常受海水冲刷或浸泡，又无防腐处理措施，一般在海训后拉紧弹簧95%以上断裂或失效。
操纵部分活动零部件较多，而且大都处于车体底部，腐蚀环境为高湿、高盐雾和因浪花飞溅或由密封处进入车内的海水积存于车内底部而浸泡。操纵部分锈蚀比较严重的零部件主要包括拉杆、拉杆接头、销子、助力弹簧等，操纵部件的腐蚀，使活动部位摩擦阻力加大，导致操作困难，严重影响了车辆的正常操作。
TiAlN硬质涂层具有硬度高、耐腐蚀、高抗氧化性、高耐磨性和抗冲蚀等优良性能，该涂层可采用多弧离子镀、空心阴极离子镀等方式沉积于金属表面，形成特殊保护膜。同时，TiAlN硬质涂层已广泛应用于硬质合金刀具和耐磨零部件方面。作为一种先进的薄膜材料，在航空航天方面也有很多应用，例如航天发动机的内层耐磨层，航空发动机压气机叶片抗冲蚀和抗盐雾腐蚀镀层等。
因此，若将TiAlN硬质涂层应用于各型两栖装备的行动部分、传动部分、及操纵部分的易腐蝕、磨损的金属材质零部件，定会提高装备的服役寿命和战斗力。从现在的发展状况来看，应该加强TiAlN耐蚀硬质涂层抗冲蚀性能的研究，使海洋环境军事装备及设施的腐蚀技术发展到新水平。
参考文献：
[1]王均涛. TiAIN硬质涂层的研究进展. 材料热处理技术. 2010（39）： 104-109.
[2]罗自成，王均涛. TiAIN刀具涂层影响因素的研究. 材料热处理技术. 2012（41）： 173-175.
[3]雷斌，朱旻昊. TiA1N涂层往复滑动的摩擦学性能研究. 润滑与密封. 2006（6）： 64-67.