含稀土元素釔氮化物涂層的制備及性能研究.pdf

1、硬質(zhì)涂層是為了提高構(gòu)件表面耐磨性、耐腐蝕和耐高溫性能而施加在材料表面的覆蓋層。其中金屬氮化物屬于金屬間化合物,特別適合進(jìn)行元素的合金化,具有較好的綜合性能,其應(yīng)用也最廣泛。ZrN、CrN、CrAIN涂層由于其高硬度、耐磨損或高溫抗氧化能力等突出特點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。然而納米結(jié)構(gòu)硬質(zhì)涂層在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中也有其使用的溫度極限,特別是在切削加工等產(chǎn)生大量熱量的加工過程?，F(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展對硬質(zhì)防護(hù)涂層綜合性能的要求日趨提高,硬質(zhì)涂層開發(fā)相應(yīng)地逐

2、漸趨于多元、多層、復(fù)合方向發(fā)展。調(diào)研發(fā)現(xiàn)在材料表面改性層內(nèi)添加少量活性元素(包括:稀土、Ti、Zr、Hf),可以改善改性層的致密性以及與基體的結(jié)合力,降低氧化速率,提高氧化膜的抗剝落性能,改善改性層的高溫抗氧化性能。
　　 本文運(yùn)用雙靶反應(yīng)磁控共濺射的方法制備系列不同Y含量的ZrYN、CrYN、CrAIYN(記作XYN,X=Zr、cr、CrAl)涂層。通過SK2-2-12管式電阻爐或CVD(G)-07/50/2高溫真空氣氛管式爐

3、,針對上述涂層在不同溫度下進(jìn)行高溫氧化實(shí)驗(yàn)。采用Dektak3 Series膜厚測量儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、X射線衍射儀(XRD)、電子探針顯微分析儀(EPMA)、CSM納米力學(xué)測試系統(tǒng)等多種先進(jìn)表征手段展開深入分析。從膜厚、結(jié)構(gòu)、成分、力學(xué)性能、抗氧化性能等多個(gè)角度全面地討論了Y含量、測試溫度對涂層性能的影響:并討論了相關(guān)作用機(jī)制。主要研究結(jié)論如下:
　　 1.Y元素以置換固溶的形式摻雜形成XYN涂層。

4、>　　 2.XYN涂層均呈現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu),隨著Y靶功率的增大,衍射峰發(fā)生偏移、寬化,峰強(qiáng)減弱,對應(yīng)的晶格常數(shù)增大、晶粒尺寸減小;Y的添加對涂層表面形貌影響不大,也不影響涂層的柱狀結(jié)構(gòu)。
　　 3.隨著Y含量的增加,ZrYN涂層的硬度先增大后減小;CrYN涂層的硬度基本不變,當(dāng)Y靶功率為200W時(shí)有所增大;CrAlYN涂層的硬度逐步增大。Y的摻雜對XYN涂層的結(jié)合力影響不大。
　　 4.隨著Y靶功率的增大,XYN涂層的抗