本文關(guān)鍵詞：PVD法制備（Ti，，Al）N薄膜的熱穩(wěn)定性研究

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【摘要】：以空心陰極離子束輔助多弧離子鍍沉積技術(shù),在W6Mo5Cr4V2高速鋼表面沉積了(Ti,Al)N和(Ti,Cr,Al)N薄膜;采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和激光共聚焦顯微鏡(CLSM)分別檢測(cè)和觀察了膜層的物相及表面形貌,通過微納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)(UNMT-1 CETR)對(duì)膜層的摩擦系數(shù)、硬度、膜-基結(jié)合力和膜層表面三維形貌進(jìn)行了表征;探討了實(shí)驗(yàn)條件下的膜層在不同溫度不同氛圍下加熱處理后的熱穩(wěn)定規(guī)律,以及就Cr元素的添加對(duì)(Ti,Al)N膜層結(jié)構(gòu)和性能的影響進(jìn)行了闡述。結(jié)果表明,(Ti,Al)N膜層主要由Ti1-xAlxN和Al Ti3N兩相構(gòu)成,膜層表面平整�！�5-5”靶制得的膜層主要力學(xué)性能分別為:硬度值34.19Gpa、摩擦系數(shù)0.5573,膜基結(jié)合力37.5N;若在沉積靶材中添加Cr元素,由于形成了由Cr替代立方結(jié)構(gòu)Ti-Al-N中的Ti或A1原子的置換固溶體,膜層硬度值達(dá)到39.31Gpa、摩擦系數(shù)0.5173,膜基結(jié)合力為41.2N,膜層的形貌和力學(xué)性能得到一定改善。“5-5”靶制得的(Ti,Al)N膜層在保護(hù)氣氛條件下加熱后,相組成基本沒有發(fā)生變化,只是Ti1-xAlxN相的(220)衍射峰強(qiáng)度有所增強(qiáng),峰寬變窄。其組織受溫度影響略有長大,表面粗糙度(0.3749)和硬度值(28.23GPa)變化并不明顯,在1200℃時(shí)仍能保持良好的熱穩(wěn)定性;而空氣條件下加熱的膜層當(dāng)溫度大于800℃時(shí),相組成、表面粗糙度及硬度值均發(fā)生了顯著變化,硬度值下降至12.27Gpa,粗糙度為Ra1.8245。900℃加熱后膜層表面開裂脫落,基體被嚴(yán)重氧化。增加靶材中Al含量為“3-7”靶鍍制時(shí),所得膜層經(jīng)空氣中700℃和800℃加熱后,膜層中物相組成幾乎沒有發(fā)生變化,只是Ti1-xAlxN的衍射峰位略有偏移。當(dāng)在900℃空氣中加熱后,膜層的物相組成完全改變,出現(xiàn)了基體的氧化物,膜層開裂失效,硬度值降至13.85Gpa。(Ti,Cr,Al)N膜層在空氣中加熱至1000℃后表面才開裂,比(Ti,Al)N膜層的開裂溫度提高了約100℃。主要源于Cr元素提高了膜層中貧Al區(qū)的抗氧化性能以及形成(Cr,Al)2O3阻止氧向內(nèi)擴(kuò)散,使得膜層抗氧化能力得到提高。
【關(guān)鍵詞】：離子束輔助沉積(Ti Al)N膜(Ti Cr Al)N膜熱穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-20
• 1.1 引言8
• 1.2 Ti-Al-N膜8-10
• 1.3 薄膜的熱穩(wěn)定性10-12
• 1.3.1 回復(fù)11
• 1.3.2 再結(jié)晶11
• 1.3.3 固態(tài)相變11-12
• 1.4 幾種氮化物薄膜的熱穩(wěn)定性12-18
• 1.4.1 TiN薄膜的熱穩(wěn)定性12
• 1.4.2 TiAlN薄膜的熱穩(wěn)定性12-13
• 1.4.3 TiCrN薄膜的熱穩(wěn)定性13-14
• 1.4.4 CrAlN薄膜的熱穩(wěn)定性14-16
• 1.4.5 Ti-Cr-Al-N薄膜的熱穩(wěn)定性16-17
• 1.4.6 Ti-Al-Si-N薄膜的熱穩(wěn)定性17-18
• 1.5 添加Cr對(duì)Ti-Al-N膜層結(jié)構(gòu)和熱性能的作用18
• 1.6 選題意義、主要研究?jī)?nèi)容及路線18-19
• 1.6.1 選題意義18
• 1.6.2 主要研究?jī)?nèi)容及路線18-19
• 1.7 本章小結(jié)19-20
• 第二章 (Ti,Al)N膜層的制備與表征20-26
• 2.1 膜層制備實(shí)驗(yàn)設(shè)備20-21
• 2.2 薄膜制備21-23
• 2.2.1 制備原理21
• 2.2.2 基體材料的選擇與預(yù)處理21
• 2.2.3 薄膜制備工藝21-22
• 2.2.4 薄膜加熱處理工藝22
• 2.2.5 薄膜熱分析實(shí)驗(yàn)22-23
• 2.3 膜層表征23-25
• 2.3.1 薄膜的相結(jié)構(gòu)分析23
• 2.3.2 膜層微觀形貌檢測(cè)23
• 2.3.3 膜層納米壓痕硬度測(cè)定23-24
• 2.3.4 膜層摩擦性能測(cè)定24
• 2.3.5 膜層與基體結(jié)合力測(cè)定24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 (Ti,Al)N膜層的熱穩(wěn)定性分析26-37
• 3.1 “5-5”靶(Ti,Al)N膜的熱穩(wěn)定性26-34
• 3.1.1 膜層物相及熱分析26-30
• 3.1.1.1 保護(hù)氣氛下膜層物相及熱分析26-28
• 3.1.1.2 空氣條件下膜層物相及熱分析28-30
• 3.1.2 膜層表面形貌分析30-33
• 3.1.3 高溫加熱后膜層硬度變化分析33-34
• 3.2 “3-7”靶材(Ti,Al) N膜的抗氧化性能34-36
• 3.2.1 空氣氣氛下加熱處理后膜層物相變化分析34
• 3.2.2 表面形貌觀察34-35
• 3.2.3 膜層硬度變化分析35-36
• 3.2.4 靶材比例對(duì)(Ti,Al)N膜層抗氧化性的影響36
• 3.3 本章小結(jié)36-37
• 第四章 (Ti,Cr,Al)N膜層的結(jié)構(gòu)、性能及熱穩(wěn)定37-46
• 4.1 (Ti,Cr,Al)N膜層的組成結(jié)構(gòu)與性能37-42
• 4.1.1 相組成分析37
• 4.1.2 表面形貌分析37-39
• 4.1.3 硬度分析39
• 4.1.4 摩擦性能分析39-40
• 4.1.5 膜基結(jié)合力分析40-42
• 4.2 (Ti,Cr,Al)N膜層的熱性能42-45
• 4.2.1 (Ti,Cr,Al)N薄膜的物相結(jié)構(gòu)42-43
• 4.2.2 表面形貌觀察43-44
• 4.2.3 膜層表面硬度變化44
• 4.2.4 Cr元素對(duì)(Ti,Al)N膜層耐高溫的影響44-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第五章 結(jié)論46-47
• 致謝47-48
• 參考文獻(xiàn)48-54
• 作者簡(jiǎn)介54
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果54

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