氮化钛硬质薄膜抗氧化性能研究

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1、西华火学硕士学位论文氮化钛硬质薄膜抗氧化性能研究材料学专业研究生陈甥怡指导教师赵广彬本论文研究TiN硬质薄膜的主要性能和氧化机理。采用我校自行研发的XH．830型热阴极电弧磁控离子镀膜机在牌号为ZKl型硬质合金表面沉积TiN薄膜，再将试样分别进行一个小时的氧化处理。利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(X】Ⅷ)、X光电子能谱(XPS)，显微硬度仪和划痕仪对薄膜的结构、成份和性能进行分析。金相和SEM观察表明，薄膜平均厚度约5岬，表面是典型的小岛状组织，整个薄膜致密，无缺陷，与基体结合紧密，柱状晶结构明显。表层晶粒随氧化温度升高而长大。650

2、℃时出现薄膜脱落现象。XRD分析表明，TiN硬质薄膜的生长具有明显地(111)晶面取向，晶体取向百分比平均达80％。在550℃时，薄膜开始有Ti02产生，随着温度升高Ti02生成量大幅增加。XPS分析表明，TiN与02反应后生成TiNxOv、Ti02和TiOo．73，随着氧化温度的升高，Ti02和TiOo．73含量增多，TiNxOv含量减少，TiN的特征峰消失。晶体学和热力学分析表明，Ti与O原子易结合，当O原子进入TiN晶胞时，只需少量激活能就可转变为金红石结构的Ti02，当氧含量不足时形成TiN。Ov；整个薄膜由复杂的氧化物构成，N原子以N．O键的形式存

3、在薄膜当中，少数以N2形式存在。、显微硬度和划痕测试分析表明，TiN硬质薄膜的显微硬度平均达2388HV、结合力最大能达85N。随着氧化温度的升高，Ti02含量的增加，薄膜的硬度和结合力都呈抛物线下降。Ti02在高温时，形成速度快、硬度低、致密度差是造成玎N失效的主要原因。关键词：TiN，热阴极，抗氧化性，XRD，XPS西华大学硕士学位论文ResearchonoxidationresistantpropertiesofTiNhardfilmsMaterialSciencePostgraduate：ChenShengyiSupervisor：ZhaoGuang

4、binInthispaper,weinvestigatedmajorpropertiesandoxidationmechanismofTiN．TiNfilmswerepreparedbyhollowcathodedischargeionplatingapparatus(XH一830)whichwasimprovedbyXiHuaUniversity,onZKlpowdermetallurgy,andtreatedbyairoxidation．nlemicrostructure，chemicalcompositionandmechanicsperformanc

5、eoftheTiNfilmswereexaminedbyOM，SEM、XRD、XPS、ScratchTestandMicroHardnessTest．OMandSEMshowedthat，theaveragethicknessofTiNfilmswasapproximate51xmandthesurfacemorphologyofTiNWastypicalisland鲫ructure．Ⅵ10lefilmsownedwellcompactedstructureandnodisfigurement，alsohadwellcohesionandmarkedlyco

6、lumnargrain．nlesurfacegrainsweregrowingwiththeincreasingofoxidationtemperature．Above650。C，thereWascracking．offphenomena．XRDresultsindicatedthat，therigidfilms(TIN)settledfromZKIorientedobviouslyin(111)crystalplanebyhollowcathodedischargeionplatingapparatus(XH一830)andtheaverageorient

7、ationdegreeWas80％．ThefilmreleasedTi02at550。C，andthegasincreasedgreatlywiththeincreasingtemperature．XPSresultssuggestedthat，TiNcouldreactwith02andgeneratedTiNxOy，Ti02andTi00．73。ThecontentsofTi02andTiOo．73increased，TiNxOvdecreasedwiththeoxidizedtemperature，andthepeakofTiNdisappeared．

8、Furthermore，accordingtocry