TiAlSiCN涂层的制备和性能研究

发布时间：2020-05-12 20:45

【摘要】：为了满足规模化工业生产需求,综合性能优异的硬质涂层具有非常重要的应用价值。TiN、TiCN、TiSiN、TiAlN和TiAlCN涂层已经大量研究应用,但各自缺点限制了应用范围。TiAlSiCN有望兼备多种涂层的优点,适应更为复杂的工况条件。然而,TiAlSiCN涂层元素成分多、结构复杂,对其溅射沉积过程、组织结构和性能缺乏深入了解,针对现状,对TiAlSiCN涂层制备工艺开展系统性研究,具有非常重要的意义。本文旨在通过射频磁控溅射法制备TiAlSiCN涂层,探讨工艺参数对其组织结构和性能的影响。采用TiAl(50 at.%+50 at.%)合金靶、石墨靶和Si靶以拼靶的方式进行溅射沉积涂层,探究Si含量和N_2流量对TiAlSiCN涂层的组织结构和性能的影响;通过微观结构分析,TiAlSiCN涂层内部为nc-fcc-(TiAl)(CN)/a-SiN_XC_Y纳米复合结构;少量的成分变化会导致TiAlSiCN涂层的结构发生显著变化,Si、N含量升高,涂层内部向非晶化转变;在N_2 0.5 sccm、C 120°、Si 15°条件下制备出硬度超过3650 HV(10g)的硬质TiAlSiCN涂层。采用TiAlSi(40 at.%+50 at.%+10 at.%)合金靶和石墨靶以拼靶的方式进行溅射沉积涂层,探究基底温度、N_2流量和C含量对TiAlSiCN涂层的组织结构和性能的影响;500℃时涂层硬度和结合力等综合性能表现最佳;通过微观结构分析,低N(C)含量的条件下涂层内部主要相为fcc-(TiAl)(CN)和hcp-(TiAl)(CN),随着N(C)含量升高,涂层内部晶相最终转化为hcp-(TiAl)(CN),此外,适当提高N(C)含量可以提高涂层的结合力。研究了TiAlSiCN复合涂层在高温摩擦磨损试验中力学性能的表现,结果表明性能优化的涂层在500℃摩擦磨损试验中表现良好。
【图文】：

均匀分布,硬质涂层,纳米复合,结构模型

第一章绪论合结构，涂层中非晶包裹纳米晶体均匀分布于涂层中，1995 年提出构造纳米晶-非晶的复合结构以获得高硬高韧涂层[33]。他提相构造纳米晶（nc）和非晶（a）复合体系，其中，，3-4 nm 大小度，厚度小于 1 nm 的非晶矩阵网络限制裂纹尺寸获得高韧备出 a-SiNX包裹 nc-金属氮化物的复合纳米涂层，经过力学性能测纳米涂层未出现微裂纹，表现出良好的韧性[33]。

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图 1-1 纳米复合硬质涂层结构模型Fig. 1-1 Structure model of nano composite hard coating非均质层状结构，不同层纳米晶和非晶相夹杂分布。复合材料增强增韧原四个维度：零维的颗粒弥散强韧化、一维的纤维增强增韧、二维的层状增维空间增强增韧。上述的晶体/非晶复合结构属于零维颗粒弥散增强增韧，的微观结构设计，研究者还采用了多层结构进行涂层增强增韧的研究。合非平衡磁控溅射方法制备了厚a-C/a-C:Ti多层膜，控制其调制周期为12 1-2 所示），制备出摩擦系数 0.09、硬度 26 GPa 的高硬耐磨涂层，在进行时，涂层与基体保持变形的一致性，没有发生剥离[34]。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4;TG146.23

【参考文献】