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冲蚀磨损作为主要的材料失效形式之一,每年都要造成巨大的损失。PVD技术为减缓冲蚀磨损带来曙光。在工件表面沉积一定厚度的硬质膜,以增强表面强度,降低冲蚀率,但是不同的涂层有不同的抗冲蚀强度。怎样预测涂层材料的抗冲蚀性能又成为一个大家研究的热点。数值模拟技术就是目前代替实验预测涂层性能的很好的方法。本文利用ABAQUS模拟仿真软件模拟出氮化物涂层的冲蚀模拟过程,研究涂层的冲蚀响应和影响涂层冲蚀响应的因素。最终目的是要设计出一种高韧性耐冲击的涂层结构。利用等离子体非平衡磁控溅射设备制备Cr N硬质涂层,G200纳米压痕仪进行涂层的力学性能检测,使用SEM和超景深显微镜记录表面形貌和压坑形貌。氮化物涂层属于脆性材料,其断裂原理十分复杂。具有高抗压能力和低抗拉能力,即能够承受很高的压应力,而不能承受低振幅的拉应力。涂层材料在受到冲蚀后,内部会产生局部拉应力区或压应力区,超过材料本身屈服极限就会产生失效。ABAQUS仿真软件的显式动力模块是针对动力学冲击的分析方法,利用该软件后处理之后的应力场分布和数值大小,对涂层材料进行力学性能预分析。本文首先对比在-50V和-100V的基体偏压下制备的Cr N涂层/Ti6Al4V基体体系的模拟数据和实验检测结果。其次针对Ti6Al4V软基体上的Cr N涂层的结构进行优化设计。分别以涂层厚度和涂层模量为变量进行模拟,选取最优的涂层结构。针对Ti6Al4V基体,Cr N薄涂层的厚度最优区间为4μm～7μm之间,最优模量250GPa左右。根据这个区间又进行了Cr N多层的结构的设计,选取总厚度为5.4μm,高/低模量循环8周期的多层结构,并和高模量单层进行对比。模拟结果:与高模量单层涂层相比,多层素涂层的设计使体系最大拉应力降低了1969MPa;表面最大拉应力值降低了7412MPa。从形貌和力学性能分析多层Cr N具有高韧性,硬度达到23.7GPa,模量达到309.6GPa。