TiAlN硬质薄膜抗氧化性能研究

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1、西华大学硕士学位论文摘要本论文研究TiAIN硬质薄膜的氧化机理和抗氧化性能。采用非平衡磁控溅射技术在硬质合金基体上制备了TiAlN薄膜，并分别将试样在不同的氧化温度下进行半个小时的氧化处理。利用金相显微镜(OM)，扫描电镜(SEM)，X射线衍射仪(XRD)，X光电子能谱(XPS)，显微硬度计、划痕仪和电子天平对薄膜的结构，成分和性能进行分析。实验结果发现，TiAlN薄膜的成分是Ti3A1N，随着氧化温度的升高，膜层在600℃时出现新的物相Ti60ll，该相在700℃减小，在800℃后消失。基体严重氧化的温度是始于800℃，从8

2、00℃开始，硬质合金基体与氧反应生成氧化物CoW04。从600℃开始，试样在氧化后质量增加，随着氧化温度的上升，氧化速度加快，氧化后试样质量增加的速度加快。通过SEM观察断口发现，薄膜的厚度在1．8~2．69m之间，室温下薄膜结构致密，没有发现粗大的柱状晶和孔洞，薄膜与基体结合良好，界面清晰，结合处连续致密，800℃以下的氧化对薄膜的断口形貌的影响不大，仍然致密，但是825℃以后膜层变得明显粗糙。通过XPS分析发现，在膜层表面，随着氧化温度的上升，铝元素和氧元素的含量上升，而氮元素和钛元素的含量下降，氧化温度达到最高的825℃

3、时，表面主要为铝元素和氧元素，氮元素和钛元素变成微量；在室温下，膜层表面就已经存在大量的氧元素，随着温度的上升，铝元素在膜层的表面富集，被优先氧化生成A1203氧化层，连续、致密、稳定的A1203氧化层将薄膜与外界环境隔离，增加了氧原子向内扩散和钛原子向外扩散的难度，防止了薄膜和基体在高温下的持续氧化，对薄膜起保护作用：通过XPS分析还发现，氮化物在较低的氧化温度下存在，随着氧化温度的上升，氮化物不断分解，而各元素在高温氧化下最终都形成了氧化物，因此Ti砧N薄膜的氧化过程实际上是氮化．物分解和氧化物形成的过程。薄膜的显微硬度和

4、膜．基结合力随着氧化温度的上升都呈下降的趋势。高温时薄膜的氧化速度加快，致密性交差，内应力增大是薄膜性能下降的主要原因。关键词：TiAlN薄膜；磁控溅射；抗氧化TiAIN硬质薄膜抗氧化性能研究AbstractInthisstudy,TiAlNcoatingsweredepositedonthetopofYG6cementedcarbideswithunbalancedmagnetronsputteringtechniqueandmadethesesamplesoxidizedforhalfanhourindifferentte

5、mperaturelater,toresearchtheoxidationmechanismandtheoxidationresistanceofTi砧Ncoatings．Themicrostructure，chemicalcompositionandmechanicsperformanceoftheTiAINcoatingswereexaminedbyOM，SEM、XRD、XPS，scratchtestandmiero-hardnesstest．Experimentalresultsshowsthatthecoatingis

6、compriseofthephaseofTi3AIN．Whentheoxidationtemperaturerisesupto600"(2，anewphaseofTi60nappears．Thecontentofthisphasedecreaseswhiletheoxidationtemperaturerisesupandthephasedisappearsinthetemperatureof800℃．Fromthetemperatureof800℃，thebasalbodybeginstoseriouslyoxidized，

7、thebasalbodyofcementedcarbideCandirectreactswithoxygenandproducesCOW04．Fromthetemperatureof600℃，thesampleshavemoreweightaftertheoxidizingprocesscompare晰ththesamplesthatdon’tbedealtwith，andthehighertheoxidationtemperatureis，theweightenhancedmore，thespeedofoxidationis

8、faster．SEMpicturesshowsthatthethicknessofthesecoatingsbetween1．8lamand2．6“m，thecominghaveatightmicrostructureinambienttemperatureandfromth