译文-合金基体金红石型

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1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）外文译文院（系）：材料工程学院专业：材料科学与工程姓名：梁秀梅学号：200511101218指导教师评语：签名：年月日译文：合金基体金红石型-Ti02膜层的生产及特性Y.sun，D.SivaRamaKrishna南洋科技大学材料科学与工程系，新加坡，639798摘要：当前，基于在合金基体形成的金红石型-Ti02膜层的摩擦及化学特性运用得到了拓展。本文研究了两种金属合金包括AIS1316L奥氏体不锈钢和铝合金。首先，利用喷溅沉积方法得到纯钛膜层的磁控管上生产得到金红石基膜层，然后，膜层试样上热的氧化物部分地将钛的膜层转化为金红石型氧化物从

2、而来加速界面反应，而这种反应可以极大地提高膜层基体的结合强度。通过包括X射线衍射、辉光放电光谱仪、高分辨率扫描电镜、纳米压痕、微痕、摩擦磨损试验以及电化学测试等多种分析和试验技术对膜和基体组成的系统的结构和性质进行了研究。结果表明，在表面工程技术上，利用红石型-Ti02膜层可以极大提高合金的耐磨性以及耐蚀性。关键词：金红石，钛的氧化物，膜层，不锈钢，铝，磨损，腐蚀.金红石型-Ti02具有许多让人感兴趣的物理、化学、光学及电介质特性，它也是一种具有低摩擦磨损速率的很好的耐磨材料。然而，到目前为止，金红石在摩擦学领域的应用仅限于钛合金，比如通过钛的热氧化物。与钛合金相比

3、，很少有关于金红石膜层直接应用于摩擦学的研究。为了进一步探求金红石型Ti02的优良的摩擦特性，本文作者对在几种金属合金基体上的金红石膜层进行了深入研究，首先是在合金基体上沉积纯钛，然后是沉积钛的热氧化物使膜层中金红石相更易于形成，从而来提高界面反应以获得强的膜层-基体间的结合力。本文探讨了这种新颖过程的工艺、结构、性能特征。1试验数据本文研究了两种合金，分别是商用铝合金AA6061和AISI316L不锈钢。试样尺寸规格为20mm×20mm×5mm，用SiC研磨砂纸进行打磨，然后用金刚石粉粒抛光至镜面，试样在放入喷沉积室之前置于丙酮和乙醇的混合液中进行超声波清洗。首先

4、利用直流喷溅沉积方法往试样喷沉积纯钛1.0-2.0μm厚，系统的基压为10-4Pa，工作压力保持为常压0.5Pa，纯度为99.99%，直径为75mm，厚度为6mm的钛片放在合金的正上方11cm处作为溅射源。直流电源的功率为300W，沉积过程中基体的温度为300℃。沉积之前，试样在功率为150W的射頻放电下溅射清洗20分钟。沉积有钛的试样放在空气电阻炉内加热得到热的氧化物，在预备试验阶段，氧化物在550℃下保温5到11小时。太高的温度将导致钛的氧化物膜层不再生成并造成氧化物膜层的剥落。而在低于500℃的温度下将造成在钛膜中氧化物生成不足，且不利于钛的氧化物的转变。热的

5、氧化物生成之后，试样随炉冷却。膜层-基体构成的系统结果通过多种分析手段进行反映。这些分析手段包括沉积有斜角的X射线衍射仪（倾斜度为2˚）用于相的识别，高分辨率场发射扫描电镜用于膜层的形态观察，辉光放电光谱仪用于试样断面的成分分析，纳米压痕测试用于表面硬度及模量的测量，微痕测试用于膜层-基体的粘合评估，摩擦学和电化学腐蚀测试用于摩擦、磨损以及耐蚀特性评价。2结果和讨论2.1铝合金上的金红石型Ti02膜层利用高分辨率的场发射扫描电镜揭示了铝合金上喷溅沉积纯钛膜层具有多角度形态，粒子尺寸大小在200nm至300nm之间，在晶粒的交接处存在亚微米级别的空位。热的氧化物在55

6、0℃保温11小时后，晶粒尺寸变小，膜层变得更稠密更厚。这主要是由于金红石型Ti02相的形核长大，而由于金红石与钛大的体积比率（达1.73），导致了体积膨胀。X射线衍射分析（见图1），通过呈现出来的几种反射峰所标识出来的随机取向表明沉积的Ti膜层具有密排立方的α-Ti结构。而后对热氧化进行X射线衍射分析，多晶相以及随机取向金红石型Ti02成为了主相。除此以外，α-Ti峰（图1标识出来的α-Ti（O））强度减弱且转移至更低的反射角度上表明了晶体点阵的膨胀。这主要是由于氧和氮溶入进了α-Ti晶格点阵中，通过断面成分分析更进一步能证实这一点。图1：附有斜角的X射线衍射仪对铝

7、合金表面沉积的钛的氧化物膜层进行的分析结果从图1中可以得到另外一个重要发现，那就是氧化物膜层的几个低强度峰的2θ值位于42˚到45˚之间。这些峰值可以确定是来源于几个不同的Ti-Al化合物，主要有Al3Ti，TiAl以及Ti3Al相。这些相很显然是由于Ti-Al在界面处相互作用的结果，除此以外，β-Al2O3峰值同时也可以明确确定。氧化试样的断面成分分析揭示了四个成分及结构区见图2。I区含有相当数量的氧以及一些游离态的氮。从氧和钛的大约的原子比可以判断，这个区域主要含有金红石型Ti02相。在区域II，沿基体方向的氧含量很快减少，出现了相当数量的氮。该区域为溶解了