Ti2AlN(MAX相)薄膜由于具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及高溫抗氧化性能,有望被應(yīng)用于高溫防護涂層領(lǐng)域。目前主要采用外延生長的方式制備單晶Ti2AlN薄膜,但此方法對實驗條件及基體材料要求較為苛刻,難于工業(yè)化應(yīng)用。為解決這一難題,本文采用室溫沉積加后續(xù)真空退火的方式制備Ti2AlN薄膜,研究了氮氣流量和退火時間對Ti2AlN薄膜微觀組織性能的影響,并分析討論了Ti2AlN薄膜的高溫氧化行為及抗氧化機制。研究結(jié)果表明:采用Ti、Al原子比為2:1的合金靶制備的沉積態(tài)Ti-Al-N薄膜主要以非晶態(tài)形式存在,經(jīng)過700℃真空退火,其非晶結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)化為晶態(tài)Ti2AlN相。Ti2AlN相具有明顯的層狀結(jié)構(gòu),其晶粒呈板條狀或橢圓狀,相互交錯分布,各晶粒之間形成大角度晶界。隨著N2流量(4～6sccm)的增加,Ti2AlN薄膜表面粗糙度逐漸減小,其硬度和彈性模量在N2流量為5sccm時出現(xiàn)極大值,分別為33.2±1.9GPa和374.8±9.7GPa,較非晶Ti-Al-N薄膜提升了65%和52%。當(dāng)N2流量增加至7sccm時,未生成Ti2AlN相。隨著退火時間的延長,Ti2AlN相未發(fā)生分解,并且晶粒尺寸無...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 Ti₂AlN相
        1.2.1 Ti₂AlN相結(jié)構(gòu)特征及性能
        1.2.2 Ti₂AlN薄膜的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 Ti₂AlN薄膜的制備方法
    1.3 論文的研究目的及意義
    1.4 研究內(nèi)容和方案
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 研究方案(技術(shù)路線)
2 薄膜的制備與微觀組織性能表征
    2.1 基體材料及鍍前預(yù)處理
    2.2 薄膜的制備
        2.2.1 Ti-Al-N薄膜的制備
        2.2.2 Ti-Al-N薄膜的真空退火處理
    2.3 薄膜的微觀組織結(jié)構(gòu)表征
        2.3.1 X射線衍射(XRD)分析
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察與分析
        2.3.3 原子力顯微鏡(AFM)觀察與分析
        2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)觀察與分析
    2.4 薄膜的力學(xué)性能評價
        2.4.1 納米壓痕測試
        2.4.2 洛氏壓痕(結(jié)合力)測試
    2.5 薄膜電阻率的測定
    2.6 薄膜高溫抗氧化性能測試
3 氮氣流量及退火時間對Ti₂AlN薄膜微觀組織結(jié)構(gòu)及性能的影響
    3.1 氮氣流量對Ti₂AlN薄膜微觀組織結(jié)構(gòu)的影響
        3.1.1 XRD物相結(jié)構(gòu)分析
        3.1.2 SEM觀察結(jié)果與分析
        3.1.3 AFM觀察結(jié)果與分析
        3.1.4 TEM觀察結(jié)果與分析
    3.2 氮氣流量對Ti₂AlN薄膜力學(xué)性能的影響
        3.2.1 結(jié)合強度測試結(jié)果與分析
        3.2.2 納米壓痕測試結(jié)果與分析
    3.3 氮氣流量對沉積態(tài)Ti-Al-N和Ti₂AlN薄膜電阻率的影響
    3.4 退火時間對Ti₂AlN薄膜微觀組織形貌的影響
        3.4.1 XRD結(jié)果與分析
        3.4.2 SEM觀察結(jié)果與分析
        3.4.3 AFM觀察結(jié)果與分析
    3.5 退火時間對Ti₂AlN薄膜力學(xué)性能的影響
        3.5.1 結(jié)合強度測試結(jié)果與分析
        3.5.2 納米壓痕測試結(jié)果與分析
    3.6 本章小結(jié)
4 Ti₂AlN薄膜高溫抗氧化性能研究
    4.1 Ti₂AlN薄膜不同溫度氧化結(jié)果與分析
        4.1.1 600℃氧化2h結(jié)果與分析
        4.1.2 700℃氧化2h結(jié)果與分析
        4.1.3 800℃氧化2h結(jié)果與分析
        4.1.4 不同溫度下氧化增重結(jié)果與分析
    4.2 Ti₂AlN薄膜恒溫氧化不同時間結(jié)果與分析
    4.3 抗氧化機制討論
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論
致謝
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果



本文編號：3929285