AlON纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究.pdf

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1、第48卷第4期机械工程学报Vo1．48NO．42012年2月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGFeb．2012DoI：10．3901／JME．2012．04．072TiAIN／AION纳米多层涂层的微观结构和力学性能研究木王均涛刘平杨丽红李伟2刘新宽2马凤仓2(1．上海理工大学机械工程学院上海200093；2．上海理工大学材料科学与工程学院上海200093)摘要：通过磁控溅射制取一系列不同A10N厚度的TiA1N／A1ON纳米多层涂层，并用x射线衍射、扫描电镜、高分辨透射电镜和纳米压痕仪分别对微观结构和力学性能

2、进行表征和测量。研究表明：非晶态的A1ON在厚度约小于1nm时，在TiA1N模板作用下转变为晶体结构，并与TiA1N呈共格外延生长，出现超硬效应，当A1ON厚度为0．7nm时，硬度和弹性模量分别最高可达38．1GPa和385．6GPao当A1ON厚度超过1nm时，逐渐转变为非晶结构并且破坏了多层涂层的共格外延生长，硬度随之降低。因此利用这种机制可以制备出力学性能好、耐高温氧化性的刀具涂层，满足现代切削的需要。关键词：TiA1N／AION纳米多层涂层超硬效应非晶晶化共格外延生长磁控溅射中图分类号：TG115ResearchonMicros

3、tructureandMechanicalPropertiesofTiAIN／AIONNanomultilayersWANGJuntaoLIUPingGLihongLIW_eiLIUXinkuan2MAFengcang(1．SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofShanghaiforScienc

4、eandTechnolog~Shanghai200093)Abstract：AseriesofTiAIN／AIONnanomultilayerswithvariousAIONlayerthicknessesaresynthesizedbyreactivemagnetronsputtering．ThemicrostructureandmechanicalpropertiesareevaluatedbyX-raydifraction(xRo)，scanningelectronmicroscopy(SEM)，high-resolutiontr

5、ansmissionelectronmicroscopy(HRTEM)andnano—indentation．Theresultsrevealthat，underthetemplateefectofTiA1Nlayers，amorphousAIONisforcedtocrystallizeandgrowsepitaxiallywithTiA1NlayerswhenA1ONlayerthicknessisbelow1nm，andthenanomultilayerappearssuperhardnessefectwiththemaximum

6、hardnessandelasticmodulusof38．1GPaand385．6GPawhenAIONlayerthicknessis0．7am．AstheAIONlayerthicknessexceeds1nln，A1ONtransformsintoamorphousstateandbreaksthecoherentgrowthofmultilayers，resultinginthedecreaseofhardnessandelasticmodulus．Thereforecurerprotectivecoatingswhichpo

7、ssessnotonlybetermechanicalpropertiesbutalsogoodoxidationresistanceathightemperaturearesynthesizedbythismechanismtomeetmodemcutting．Keywords：TiA1N／A1ONnanomultilayersSuperhardnessefectAmorphouscrystallizationCoherentgrowthMagnetronsputtering具备高耐热性和抗热冲击性能以及良好的高温力学0前言性能。现在

8、较为常用的TiN、TiA1N涂层虽然具有较高的硬度，但是其抗高温氧化温度分别仅为600涂层技术是提高刀具性能和寿命的重要途径。℃和800℃，却不能达到高速切削、干式切削时超随着高速切削、干式切削等先进切削技