TiN基纳米复合膜的微结构、力学及摩擦磨损性能影响研究

发布时间：2020-08-01 13:23

【摘要】：本文采用磁控溅射仪制备了一系列不同Mg含量、不同B含量、不同Mo含量的TiMgN、TiBN、TiMoBN的复合膜,利用了X射线衍射仪(XRD)、场发射电子扫描显微镜(SEM)、傅里叶转换光谱仪、纳米压痕仪、UMT-2摩擦磨损仪和三维形貌仪,对复合膜的微结构、力学性能、摩擦磨损性能进行了表征,研究了复合膜的微结构、力学性能以及摩擦磨损性能。研究结果如下:对TiMgN复合膜的研究结果表明:TiMgN复合膜由c-TiN相组成,择优取向为(111)。Mg元素添加到TiN中,以Mg原子置换Ti原子形成的(Ti,Mg)N置换固溶体存在。随着Mg含量增加,薄膜硬度,抗弹性变形和抗塑形变形均先增加后减小。Mg元素能够大幅改善薄膜的膜基结合力。适量Mg元素的加入能够改善薄膜的室温摩擦磨损性能。Mg含量一定时,摩擦系数随着环境温度升高呈先下降后升高,而磨损率变化趋势则与之相反。对TiBN复合膜的研究结果表明:TiBN复合膜组成相是面心立方结构的TiN,择优取向是(111)。B在含量较少时会固溶于TiN晶格中,形成Ti(B,N)置换固溶体存在。当B含量较高时,B析出形成非晶BN。随着B含量增加,TiBN复合膜硬度和弹性模量先上升后下降。B元素能提高薄膜的膜基结合力。B含量为10.34at%的TiBN的摩擦系数最低。磨损率随着B含量增加而升高。分别测试了B含量为10.34at%的TiBN薄膜的室温、300℃和700℃的摩擦磨损性能,在300℃时的摩擦系数最高,在700℃时的摩擦系数最小。磨损率随温度升高而先增加后减小。对TiMoBN复合膜的研究结果表明:添加Mo元素后,薄膜的晶体结构没有发生变化,面心立方TiN结构。择优取向为(111)。B以非晶形式存在,Mo添加后Mo以(Ti,Mo)N置换固溶体存在。随着Mo含量增加,复合膜的硬度和弹性模量先增加后下降。TiMoBN复合膜的摩擦系数和磨损率在室温下都低于TiBN复合膜。对Mo含量一定的复合膜分别在环境温度为室温、300℃、600℃进行了摩擦测试,发现该复合膜在600℃时的摩擦系数最低,在300℃最高。600℃的复合膜磨损率高于300℃。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2
【图文】：

2图 1.1 薄膜生长的沉积步骤ig1.1 Steps involved in the condensation of a vapor during film g

薄膜的生长模式

图 1.3 典型的纳米复合膜结构示意图ig1.3 Schematic structure of superhard nano-composite 致硬机理的致硬机理主要有四种：细晶强化、固溶强化

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

1 喻利花;赵强;马冰洋;许俊华;;B靶功率对ZrBN复合膜的微结构、力学性能及摩擦性能的影响[J];粉末冶金材料科学与工程;2013年05期

2 许俊华;鞠洪博;喻利花;;Mo含量对TiMoN薄膜微观组织和摩擦磨损性能的影响[J];金属学报;2012年09期

3 孔明;赵文济;乌晓燕;魏仑;李戈扬;;TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制[J];无机材料学报;2007年03期

4 杜会静;田永君;;超硬纳米多层膜致硬机理研究[J];无机材料学报;2006年04期

5 罗德福;;高速高效切削加工技术的现状及发展趋势[J];世界制造技术与装备市场;2006年03期

6 赵海波;国内外切削刀具涂层技术发展综述[J];工具技术;2002年02期

本文编号：2777512