ta15合金表面aln_alcrn薄膜的制备及摩擦磨损特性研究

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1、中图分类号：TG174.445论文编号：102870618-SZ054学科分类号：085204硕士学位论文TA15合金表面AlN/AlCrN薄膜的制备及摩擦磨损特性研究研究生姓名王旭专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师梁文萍教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyFriction-wearcharacteristicsofAlN/

2、AlCrNfilmpreparedonthesurfaceofTA15alloyAThesisinMaterialsEngineeringbyWangXuAdvisedbyProf.LiangWenpingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不

3、包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要钛合金是优质的结构材料、新型的功能材料。在航空航天领域中，TA15钛合金是一种高铝当量损伤容限型钛合金，具有优异的力学性能，使其成为具有广阔前景的新型结构合金。但TA15钛合金耐磨性能较差，影响了其应用发展。因此通过表面改性技术来改善TA15合金表面的耐磨性。本课题采用

4、反应磁控溅射技术，在TA15合金表面制备AlN/AlCrN硬质薄膜，寻求改善TA15合金耐磨性差的问题。采用扫描电镜(SEM)观察薄膜表面形貌和磨痕形貌，X射线衍射(XRD)检测薄膜结构，能谱仪(EDS)分析薄膜的元素的种类与含量，纳米压痕仪和拉伸机研究薄膜的纳米硬度和膜基结合强度，摩擦磨损试验来评价薄膜的耐磨性能。结果表明：(1)研究溅射气压、溅射功率、Ar/N2流量比、沉积时间、靶基距参数对AlN/AlCrN薄膜的影响，最佳的工艺参数如下：优化溅射气压参数为0.5Pa；溅射功率是230W；Ar/N2流量比是9；沉积时间是4h；靶基距是20mm。

5、(2)在最佳工艺参数下制备的AlN/AlCrN薄膜厚度为6μm；XRD衍射结果表明薄膜的物相以AlN和CrN相为主；薄膜的纳米硬度和平均弹性模量分别为27.85GPa和274.20GPa，分别是基体的4倍和2倍；AlN/AlCrN薄膜平均粗糙度为79nm；AlN/AlCrN薄膜和基体之间的结合强度大小在37.88MPa左右。(3)着重研究在不同的载荷、速度、温度下AlN/AlCrN薄膜的摩擦行为，并分析磨损机理。研究发现：采用AlN过渡层，可有效提高薄膜与基体的结合性能；采用AlCrN薄膜表面较光滑、粗糙度小，与基体的结合强度较高。在基体TA15合

6、金表面制备AlN/AlCrN薄膜后，其耐磨性能得到了有效的提高，摩擦系数和磨损率较基体更低，其主要的磨损机理有磨粒磨损、氧化磨损。关键词：TA15合金，反应磁控溅射，AlN/AlCrN薄膜，摩擦磨损ITA15合金表面AlN/AlCrN薄膜的制备及摩擦磨损特性研究ABSTRACTTitaniumalloyisahighqualitystructuralmaterialandanewfunctionalmaterial.Inthefieldofaerospace,TA15titaniumalloyisahighaluminumequivalentdam

7、agetolerancetitaniumalloy.Ithasexcellentmechanicalproperties,makingitanewstructuralalloywithbroadprospects.ButthewearresistanceofTA15titaniumalloyispoor,whichaffectsthedevelopmentofitsapplication.Therefore,thesurfacemodificationtechnologyisusedtoimprovethewearresistanceoftheTA

8、15alloysurface.Thistopicseekstoimprovethepoorwearresistanceof