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火炮身管寿命是火炮服役中一项重要指标。电镀铬是提高火炮身管使用寿命最为常见的方法之一,然而脆性大、易脱落。虽新兴的延寿技术诸多,但考虑到环保与经济等因素,炮管延寿仍有难题亟待解决。因此,拓展火炮身管延寿技术显得尤为重要。本文采用磁控溅射技术在炮钢表面沉积具有不同Al/Ti的TiAlN膜层。然后,在优化工艺参数的基础上制备不同V含量的TiAlVN膜层。系统的研究了不同Al/Ti对TiAlN膜层性能的影响和V含量的变化对TiAlVN膜层性能的影响。其中,选用金相显微镜、激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(配有能谱仪)对膜层的组织形貌和化学成分进行检测和分析;用X射线衍射仪对膜层相结构进行分析;用G2000型纳米压痕仪和MFT-4000型多功能材料表面性能测试仪对膜层纳米硬度、弹性模量和摩擦磨损性能进行检测与分析;用SX2-6-13型箱式炉对膜层抗热震性能进行分析。试验结果表明:通过磁控溅射技术制备出的TiAlN膜层和TiAlVN膜层表面平整致密,表面粗糙度可达十纳米级别。同时,可获得较均匀的纳米晶结构。两种膜层都是TiN基的置换固溶体,主要基于TiN(200)、(220)晶面择优生长。对比炮钢基材,TiAlN膜层的硬度和弹性模量显著提高。当Al/Ti=1.35时,其膜层的硬度、弹性模量最高可提升3.4倍、1.38倍。当A1/Ti=0.88时,硬度略有下降,但抗磨损性能和抗热震能力相对最佳,其中平均摩擦系数最低可达0.47。综合考虑后,优选Al/Ti=0.88时参数作为添加V元素的基础参数。相比TiAlN膜层,增添V元素的TiAlVN膜层的晶粒簇尺寸增大,但排列更加均匀致密。其次,在力学性能方面得到了不同程度地提高,在硬度方面提升近1.3倍。尤其抗磨损性能显著提升,平均摩擦系数最低降约70%,膜层的磨痕主要表现为磨粒磨损和氧化磨损联合机制。同时,在抗热震性能方面表现优异,TiAlVN膜层在V=12.25at.%时,其抗热震循环次数是TiAlN膜层的1.55倍。该研究为火炮延寿技术拓展了新思路,为火炮身管延寿技术生产实践提供技术支持与借鉴。