目前,表面涂层技术已成为提高材料抗疲劳和抗磨损性能的重要手段。许多零部件,例如刀具、齿轮和轴承等,通过表面涂层,改善接触性能。但由于涂层制造过程中不可避免的缺陷以及涂层基体之间弹性参数不连续性,在接触应力作用下涂层结构易产生裂纹,随着裂纹的扩展,引起涂层的剥落而造成零件的失效。为满足涂层结构在工程应用中的可靠性要求,需要研究在摩擦接触条件下涂层结构的失效机理。本文主要完成了以下工作:1利用等离子辅助化学气相沉积技术制备厚度为10μm的氮化钛涂层,其基体为高速钢。利用显微硬度仪测量得到涂层的硬度约为2000HV~4000HV,利用纳米压痕仪测量得到涂层的弹性模量和断裂韧度分别为590GPa和3.30MPa·1/2m。划痕法本质上属于摩擦接触问题,可通过扫描电镜对涂层划痕表面进行观察与分析,结果表明在涂层表面产生了平均间距约为5.1μm弧形裂纹,同时测得涂层表面的摩擦系数约为0.25。2利用有限元软件对压头在涂层表面的滑动过程进行模拟,获得了压入阶段与滑动阶段的应力云图和涂层中应力的变化曲线,分析了涂层中应力的分布特点;根据涂层中应力分布规律,分析了裂纹可能产生的原因以及裂纹可能产生的位置。3根据扩展有限元理论,应用ABAQUS有限元软件模拟了球形压头在涂层表面的滑动过程中涂层裂纹的产生与扩展。模拟结果表明:压入阶段,涂层界面首先产生裂纹,并沿着厚度向表面扩展;滑动阶段,涂层表面与界面出现大量裂纹,亚表面有少量裂纹产生;涂层表面裂纹和界面裂纹主要是最大拉应力引起的Ⅰ型裂纹。通过模拟压头在涂层表面的往复滑动,结果表明涂层表面裂纹在应力作用下将向界面扩展,而涂层界面裂纹向表面扩展,最终形成贯穿裂纹,导致涂层的剥落。上述结果为涂层的工程应用以及涂层结构优化设计提供了依据。