Ti 2 AlN(MAX相)薄膜微观组织结构及抗氧化性能研究

发布时间：2024-03-16 06:59

　　Ti2AlN(MAX相)薄膜由于具有优异的热稳定性及高温抗氧化性能,有望被应用于高温防护涂层领域。目前主要采用外延生长的方式制备单晶Ti2AlN薄膜,但此方法对实验条件及基体材料要求较为苛刻,难于工业化应用。为解决这一难题,本文采用室温沉积加后续真空退火的方式制备Ti2AlN薄膜,研究了氮气流量和退火时间对Ti2AlN薄膜微观组织性能的影响,并分析讨论了Ti2AlN薄膜的高温氧化行为及抗氧化机制。研究结果表明:采用Ti、Al原子比为2:1的合金靶制备的沉积态Ti-Al-N薄膜主要以非晶态形式存在,经过700℃真空退火,其非晶结构将转化为晶态Ti2AlN相。Ti2AlN相具有明显的层状结构,其晶粒呈板条状或椭圆状,相互交错分布,各晶粒之间形成大角度晶界。随着N2流量(4～6sccm)的增加,Ti2AlN薄膜表面粗糙度逐渐减小,其硬度和弹性模量在N2流量为5sccm时出现极大值,分别为33.2±1.9GPa和374.8±9.7GPa,较非晶Ti-Al-N薄膜提升了65%和52%。当N2流量增加至7sccm时,未生成Ti2AlN相。随着退火时间的延长,Ti2AlN相未发生分解,并且晶粒尺寸无...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 Ti₂AlN相
        1.2.1 Ti₂AlN相结构特征及性能
        1.2.2 Ti₂AlN薄膜的发展现状
        1.2.3 Ti₂AlN薄膜的制备方法
    1.3 论文的研究目的及意义
    1.4 研究内容和方案
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究方案(技术路线)
2 薄膜的制备与微观组织性能表征
    2.1 基体材料及镀前预处理
    2.2 薄膜的制备
        2.2.1 Ti-Al-N薄膜的制备
        2.2.2 Ti-Al-N薄膜的真空退火处理
    2.3 薄膜的微观组织结构表征
        2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)观察与分析
        2.3.3 原子力显微镜(AFM)观察与分析
        2.3.4 透射电子显微镜(TEM)观察与分析
    2.4 薄膜的力学性能评价
        2.4.1 纳米压痕测试
        2.4.2 洛氏压痕(结合力)测试
    2.5 薄膜电阻率的测定
    2.6 薄膜高温抗氧化性能测试
3 氮气流量及退火时间对Ti₂AlN薄膜微观组织结构及性能的影响
    3.1 氮气流量对Ti₂AlN薄膜微观组织结构的影响
        3.1.1 XRD物相结构分析
        3.1.2 SEM观察结果与分析
        3.1.3 AFM观察结果与分析
        3.1.4 TEM观察结果与分析
    3.2 氮气流量对Ti₂AlN薄膜力学性能的影响
        3.2.1 结合强度测试结果与分析
        3.2.2 纳米压痕测试结果与分析
    3.3 氮气流量对沉积态Ti-Al-N和Ti₂AlN薄膜电阻率的影响
    3.4 退火时间对Ti₂AlN薄膜微观组织形貌的影响
        3.4.1 XRD结果与分析
        3.4.2 SEM观察结果与分析
        3.4.3 AFM观察结果与分析
    3.5 退火时间对Ti₂AlN薄膜力学性能的影响
        3.5.1 结合强度测试结果与分析
        3.5.2 纳米压痕测试结果与分析
    3.6 本章小结
4 Ti₂AlN薄膜高温抗氧化性能研究
    4.1 Ti₂AlN薄膜不同温度氧化结果与分析
        4.1.1 600℃氧化2h结果与分析
        4.1.2 700℃氧化2h结果与分析
        4.1.3 800℃氧化2h结果与分析
        4.1.4 不同温度下氧化增重结果与分析
    4.2 Ti₂AlN薄膜恒温氧化不同时间结果与分析
    4.3 抗氧化机制讨论
    4.4 本章小结
5 结论
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间主要研究成果



本文编号：3929285