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时间:2019-02-12
《含稀土元素钇氮化物涂层制备及性能的研究论文》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、摘要硬质涂层是为了提高构件表面耐磨性、耐腐蚀和耐高温性能而施加在材料表面的覆盖层。其中金属氮化物属于金属间化合物,特别适合进行元素的合金化,具有较好的综合性能,其应用也最广泛。ZrN、CrN、CrAlN涂层由于其高硬度、耐磨损或高温抗氧化能力等突出特点而受到广泛关注。然而纳米结构硬质涂层在工业生产应用中也有其使用的温度极限,特别是在切削加工等产生大量热量的加工过程。现代工业的飞速发展对硬质防护涂层综合性能的要求日趋提高,硬质涂层开发相应地逐渐趋于多元、多层、复合方向发展。调研发现在材料表面改性层内添加少量
2、活性元素(包括:稀土、Ti、Zr、Hf),可以改善改性层的致密性以及与基体的结合力,降低氧化速率,提高氧化膜的抗剥落性能,改善改性层的高温抗氧化性能。本文运用双靶反应磁控共溅射的方法制备系列不同Y含量的ZrYN、CrYN、CrAlYN(记作XYN,X=Zr、Cr、CrAl)涂层。通过SK2.2.12管式电阻炉或CVD(G).07/50/2高温真空气氛管式炉,针对上述涂层在不同温度下进行高温氧化实验。采用Dektal【3series膜厚测量仪、场发射扫描电子显微镜(FE.SEM)、X射线衍射仪(Xlm)、电
3、子探针显微分析仪(EPMA)、CSM纳米力学测试系统等多种先进表征手段展开深入分析。从膜厚、结构、成分、力学性能、抗氧化性能等多个角度全面地讨论了Y含量、测试温度对涂层性能的影响:并讨论了相关作用机制。主要研究结论如下:1.Y元素以置换固溶的形式掺杂形成XYN涂层。2.XYN涂层均呈现面心立方结构,随着Y靶功率的增大,衍射峰发生偏移、宽化,峰强减弱,对应的晶格常数增大、晶粒尺寸减小;Y的添加对涂层表面形貌影响不大,也不影响涂层的柱状结构。3.随着Y含量的增加,ZrYN涂层的硬度先增大后减小;CrYN涂层的
4、硬度基本不变,当Y靶功率为200W时有所增大;CrAlYN涂层的硬度逐步增大。Y的掺杂对XYN涂层的结合力影响不大。4.随着Y靶功率的增大,XYN涂层的抗氧化性能先增强后减弱。①zrYN摘要涂层650℃氧化后发现适量Y的添加抑制了T-Zr02向M.Zr02的转变,即YSZ作用,提高涂层的抗氧化性能。②CrYN涂层(850℃,900℃)与CrAlYN涂层(1050℃,1150℃)中,适量Y元素的添加一方面可降低金属原子的外扩散速率,从而降低氧化膜的生长速度;另一方面还可能降低氧的内扩散速率,促进选择性氧化:
5、但当Y含量达一定程度后,会析出富Y相,从而降低涂层的抗氧化性能。关键词:反应磁控共溅射zrYNCfYNCrAlYNⅡAbstractHardcoatingshavebeenwidelyappliedontoolSsurfacebecauseofitsimprovementonwearresiStance,co仃0sionrcsistanceandhightemperatl叫ercsista】[1ce.1’ransitionmetalnitrides,oneofthemost呻ortantissuesiIl
6、thefieldofhardcoat.mgs,arehe锄etalliccompoundswitheXcellentpe墒nnance,whichisalsoespeciallyfitforthealloyingoftheekmem.Recent堍ZrN,CrN狮dCrAlNcoathgsIlaVegamd铲eata位emionbecauseoftheiroutst锄dinghardness,we盯rcsist觚ceorexcellentoxidationresist粕ce.HoweVcr,llardco
7、atillgsalsoIlavetemperaturee嫩remesmtheinduStrialproductionapplications,especiallyi11thcprocessofcun吨and111achilliIl吕Withther印iddevelopmentofmodemindust叮,thereis柚iflcreasingdemandofhardprotect~ecoat.mgwithbettercompreheIlSivemechanicalproperties,thussignmc
8、amattentionhasbeenpaidt0thedeVelopmentofthcmulti-element,multi.1ayer砒1dcompositehardcoathgs.ItisfoundthattheadditionoflittleactiVeelements(访clu妇g:rareeanhelement,RZr觚dHDt0ulemodifica:tionlayerc觚improVethecompactness
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