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Ti-Al-N、Ti-Al-V-N复合膜及Ti-Al-N/VN多层膜的制备、微结构与性能研究

作　者: 陆昆
导　师: 许俊华
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: Ti-Al-N复合膜 Ti-Al-V-N复合膜 Ti-Al-N/VN多层膜显微结构性能致硬机理
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文采用反应磁控溅射制备了Ti-Al-N复合膜、Ti-Al-V-N复合膜和Ti-Al-N/VN纳米结构多层膜,研究了Al含量对Ti-Al-N复合膜的微结构、力学性能、摩擦磨损性能的影响;V含量对Ti-Al-V-N复合膜的微结构及性能的影响;并研究了纳米多层膜中调制周期Ti-Al-N/VN多层膜结构与力学性能的影响,讨论了多层膜的致硬机理。研究结果表明:Ti-Al-N复合膜择优取向始终都是c-Ti-Al-N(111)。随着Al含量的增加,(111)强度在减弱。Al含量增加到57.92at.%时,出现了h-AlN(100)衍射峰。在Al含量49.97at.%时达到最大值27.05GPa,分析认为显微硬度增加的主要原因主要是Al原子取代Ti原子所引起的晶格畸变。Ti-Al-N复合膜的高温抗氧化温度在900℃-950℃之间。室温下,在Al含量为49.97at.%时摩擦系数最低的0.7723,分析认为主要受硬度和韧性的影响;高温800℃时,在Al含量为39.51 at.%时摩擦系数达到最低的0.3792,在Al含量较低时薄膜氧化形成的Al2O3润滑层,起到了固体润滑剂的作用。Ti-Al-V-N复合膜始终呈(111)面择优生长。Ti-Al-V-N复合膜在V含量为16.95at.%时,其显微硬度达到了最大值31.67GPa,分析认为硬度升高主要是固溶强化作用的结果。随着V含量的逐渐增加,Ti-Al-V-N复合膜的高温抗氧化性能在逐渐降低。在室温时,在V含量为16.95at.%时摩擦系数最小,为0.3864。分析认为可能是摩擦过程中发生摩擦化学反应生成的TiO2的量的减少和硬度变化共同作用的结果。在高温650℃时,在V含量为26.72at.%时摩擦系数最小,为0.2197。分析认为在高温摩擦磨损过程中生成的具有自润滑性能V2O5是涂层拥有低摩擦系数的主要原因。Ti-Al-N/VN多层膜,多层膜始终沿(111)面择优生长。在调制周期为6nm时,多层膜硬度达到最大值为33.12GPa。关于多层膜的强化机理,分析认为Hall-Petch效应不起作用,模量差异强化不是主要原因,多层膜的硬度的升高主要是协调应变强化的原因。

Ti-Al-N、Ti-Al-V-N复合膜及Ti-Al-N/VN多层膜的制备、微结构与性能研究

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