氮化铝钛及其掺硅硬质膜的研究-材料科学与工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得 安徽工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文,必威体育官网网址的论文在解密后应遵循此规定。 签名 导师签名 日期： 安徽工业大学硕士学位论文摘要 安徽工业大学硕士学位论文 摘要 氮化铝钛及其掺硅硬质膜的研究 摘 要 本文利用多弧离子镀(Arc ion plating，AIP)技术，制备了不同沉积参数的 AlTiN 和 TiAlSiN 纳米多层薄膜，利用 X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、电子能谱 (EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对薄膜微结构和表面 形貌进行了系统的研究，采用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦实验对薄膜硬度、结合力、摩 擦性能进行了研究，并利用真空退火和差示扫描量热法(DSC)试验研究了薄膜的热稳定 性能。研究结果如下： AlTiN 薄膜主要由(Al, Ti)N 相组成，薄膜在垂直于基体方向呈现柱状生长。当氮气 分压为 1.7 Pa 时，薄膜中出现了 AlTi3N 和 TiAlx；AlTiN 薄膜表面颗粒密度随着负偏压 和氮气分压的升高而降低；薄膜具有较高的硬度，均超过 22 GPa。当负偏压为-250 V 时，最大硬度达到 45 GPa。负偏压为-150 V 条件时薄膜的结合力最大，高达 77 N。当 负偏压和氮气分压分别为-150 V 和 1.2 Pa 时，薄膜具有较好的摩擦性能。AlTiN 薄膜在 真空退火过程中形成了 AlTix 和 N2；c-(Al, Ti)N 经过调幅分解反应形成 c-TiN 和 c- AlN，且随着温度的升高，亚稳的 c-AlN 转变成热力学上更稳定的 h-AlN。AlTiN 薄膜 在 900 ℃时具有较高的热稳定性。 沉积态 TiAlSiN 纳米多层薄膜中存在着晶化的 SiNx 相和 c-AlSiN 相，c-AlSiN 相导 致纳米 c-TiN 层和 h-AlSiN 层共格外延生长，薄膜的硬度高达 52 GPa；薄膜中 h-AlSiN 在真空退火过程中发生分解，形成 h-AlN 和 SiNx。TiN/AlSiN 纳米多层薄膜在经过 1100 ℃退火后，硬度达 47 GPa。真空退火后，薄膜结合强度增加。c-TiN/h-AlSiN 纳米多层 薄膜在 1100 ℃时具有较高的热稳定性。 关键词：硬质薄膜；负偏压；氮气分压；AlTiN 和 TiAlSiN；真空退火 - I - 安徽工业大学硕士学位论文Abs 安徽工业大学硕士学位论文 Abstract Investigation of AlTiN and Si dopping hard films Abstract In this study, the AlTiN films with various depositing parameters and TiAlSiN nanoscale multi-layered films were deposited by Arc ion plating (AIP) technique. Microstructure and surface morphology of the films were systematically investigated using X-Ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Electron Energy Disperse Spectroscopy (EDS), Scanning Electron Microscope (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM), etc. The hardness, adhesion strength and tribological property of the films were examined with nanoindentation test, scratch test and frictional experiment. The thermal stability of the films w