稀土对真空电弧沉积alcrn薄膜组织与性能的影响

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1、摘要本文研究了在Bulat．6多弧离子镀膜机上真空电弧沉积A1CrN薄膜的基础上，对A1CrN薄膜进行稀土元素复合而制备了A1CrREN薄膜，采用AI／RE合金靶和铬靶的组合沉积薄膜，从而把稀土元素引入到AICrN薄膜中，并且在相同的工艺条件下采用离子束辅助沉积工艺沉积AICrREN薄膜。用x射线衍射仪、扫描电子显微镜对薄膜进行了结构和形貌的表征，用显微硬度计、摩擦磨损实验仪对薄膜的力学性能进行了检测，并且初步研究了薄膜的高温抗氧化性能。分析了A1CrN薄膜中稀土元素对薄膜组织结构、表面截面形貌、显微硬度、摩擦磨损和高温抗氧化性能的

2、影q向。研究了离子束辅助沉积工艺对薄膜质量的影响。结果表明：稀土是表面活性元素，能降低晶核表面能，增大结晶凝固时的形核率：另一方面，稀士元素在Al中的固溶度很小，几乎不溶于铝。因此稀土能细化铝合金的铸态组织，有利于靶材的起弧稳定性和抗烧蚀能力。在制备A1CrN薄膜时，先制备一过渡层来提高薄膜的性能是可行的；其中Cr过渡层对改善A1CrN薄膜的高温抗氧化性能效果较好。在此基础上，对A1CrN薄膜引入稀土元素(La、Y和Ce)形成多元的A1CrREN薄膜，稀土元素的微合金化作用对A1CrN薄膜的组织结构产生一定的影响：薄膜的表面状况有所

3、改善，液滴数量和形状有所减少；薄膜的断面组织呈柱状晶结构，柱状晶之问结合紧密，涂层均匀生长，结构致密，结合良好；离子束辅助沉积技术干扰了薄膜的形核生长，薄膜的主要相A1N(200)发生小角度偏移而且强度下降，Cr2N在(110)方向上的择优取向严重减少，CrN(220)也发生小角度偏移，而且强度下降。同时，添加稀土元素后，薄膜的硬度、摩擦磨损性能以及高温抗氧化性能均得到了提高。重点研究了A1CrREN薄膜的高温抗氧化性能，薄膜的表面被氧化形成的A1203和Cr203为主的致密氧化物膜层，添加稀土元素可显著提高薄膜的抗氧化性能，其中包

4、括降低氧化膜生长速率和改善氧化膜的粘附性，有效阻挡了氧原子向基体的扩散，表现出良好的高温抗氧化性能。其中La元素的加入有利于靶材的起弧稳定性以及对提高薄膜的抗氧化性能广东r业大学工学硕十学位论文有显著效果。关键词稀土真空电弧沉积AICrN高温抗氧化性能AbstractOnthebasisofAICrNfilms，whichweremadebyBulat-6multi-arcsionplatingmachineusingVADmethods，wehadmadeAICrRENfilmsusingRearEarthasdopingelem

5、ents．InordertolettheRearEarthelementsjoinedintheAlCrNfilms，weusedAb'REandCrtargetstodeposkfilms．WealsousedIBADmethodstodepositAlCrRENfilmsunderthesametechnologicalconditions．SEMwasadaptedtoobservethefilms’surfaceandsectionaltopography．ThestructureofA1CrRENfilmswasdeter

6、minedbyXRDmachine．Thcmicrohardnesstestmachineandthefrictionweal"testingmachinewereusedtotestthefilms’mechanicalproperties．Subsequently,weanalyzedthehightemperatureoxidationresistanceofthefilms．Fromthedatagot丘omabove，westudiedtheaffectionofthefilms，suchasstructures，topo

7、graphy,microhardness，frictionwearperformancesandhightemperatureoxidationresistance，whichcreatedbythedopingofRearEarthelementsandIBADmethods．ItisindicatedthatRearEartharesurface．activeelements．RearEarthelementsnotonlyreducethesurfaceenergyofthegrains，butalsoenhancethera

8、tioofnucleation．Othenvise，ithasalittlesolidsolubilityinaluminum,thatiS，italmostnotdissolveinaluminum．So，RearEarthcanr