本文首次发现带有涂层的金属疲劳曲线呈现两段特征。观察断口形貌，发现带有涂层的钛合金疲劳裂纹源发生了从亚表面向表面转变，且基体断口形貌呈现解理特征，这说明涂层的存在改变了钛合金疲劳裂纹萌生机制。截面形貌表明涂层裂纹跨过截面贯穿进入基体，界面处未发现明显的滑移迹象，排除了位错滑移导致疲劳裂纹萌生的可能性。为了验证涂层的开裂能够导致金属的开裂，利用慢拉伸加载，发现低应变下涂层的开裂就会导致纯铁、黄铜、不锈钢等韧性很好的金属基体脆性解理开裂。作者提出“膜致韧性基体解理开裂”理论，即涂层的开裂导致金属基体的解理开裂。基于此理论认为膜致基体开裂现象的发生，极大地缩短了金属基体疲劳裂纹的孕育期(疲劳裂纹孕育期占整个疲劳寿命95%)，进而降低其疲劳寿命。
现有的增韧手段或多或少会降低陶瓷涂层其他性能，难以实现强度与韧性的协同提升。本文提出在极高层错能陶瓷涂层中引入孪晶的学术思想，通过在TiN涂层中添加适量B元素，增加涂层压应力使其高于位错滑移的临界应力，进而促进不全位错的滑移。突破了纳米孪晶在高层错能陶瓷涂层中极难形成的技术瓶颈(层错能比易形成孪晶的金属高两个数量级)，弄清了纳米孪晶在陶瓷涂层中的生长机制，实现了高密度超细(体积分数56%、孪晶厚度3-4个原子层)孪晶陶瓷涂层的可控制备。相比于传统过渡族金属氮化物涂层，纳米孪晶结构同时显著提升Ti-B-N涂层的硬度、韧性以及热稳定性，压缩强度几乎达到材料的理论强度。该纳米孪晶陶瓷涂层提升钛合金疲劳寿命约30%。

 

涂层；开裂；强韧化；纳米孪晶