稀土對真空電弧沉積AlCrN薄膜組織與性能的影響.pdf

1、本文研究了在Bulat-6多弧離子鍍膜機上真空電弧沉積AlCrN薄膜的基礎上，對AlCrN薄膜進行稀土元素復合而制備了AlCrREN薄膜，采用Al/RE合金靶和鉻靶的組合沉積薄膜，從而把稀土元素引入到AlCrN薄膜中，并且在相同的工藝條件下采用離子束輔助沉積工藝沉積AlCrREN薄膜。用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡對薄膜進行了結構和形貌的表征，用顯微硬度計、摩擦磨損實驗儀對薄膜的力學性能進行了檢測，并且初步研究了薄膜的高溫抗氧化性能。分

2、析了AlCrN薄膜中稀土元素對薄膜組織結構、表面截面形貌、顯微硬度、摩擦磨損和高溫抗氧化性能的影響。研究了離子束輔助沉積工藝對薄膜質量的影響。結果表明： 稀土是表面活性元素，能降低晶核表面能，增大結晶凝固時的形核率；另一方面，稀士元素在Al中的固溶度很小，幾乎不溶于鋁。因此稀土能細化鋁合金的鑄態(tài)組織，有利于靶材的起弧穩(wěn)定性和抗燒蝕能力。 在制備AlCrN薄膜時，先制備一過渡層來提高薄膜的性能是可行的；其中Cr過渡層對改善

3、AlCrN薄膜的高溫抗氧化性能效果較好。在此基礎上，對AlCrN薄膜引入稀土元素(La、Y和Ce)形成多元的AlCrREN薄膜，稀土元素的微合金化作用對AlCrN薄膜的組織結構產生一定的影響：薄膜的表面狀況有所改善，液滴數(shù)量和形狀有所減少；薄膜的斷面組織呈柱狀晶結構，柱狀晶之間結合緊密，涂層均勻生長，結構致密，結合良好；離子束輔助沉積技術干擾了薄膜的形核生長，薄膜的主要相AlN(200)發(fā)生小角度偏移而且強度下降，Cr<,2>N在(11

4、0)方向上的擇優(yōu)取向嚴重減少，CrN(220)也發(fā)生小角度偏移，而且強度下降。同時，添加稀土元素后，薄膜的硬度、摩擦磨損性能以及高溫抗氧化性能均得到了提高。 重點研究了AlCrREN薄膜的高溫抗氧化性能，薄膜的表面被氧化形成的Al<,2>O<,3>和Cr<,2>O<,3>為主的致密氧化物膜層，添加稀土元素可顯著提高薄膜的抗氧化性能，其中包括降低氧化膜生長速率和改善氧化膜的粘附性，有效阻擋了氧原子向基體的擴散，表現(xiàn)出良好的高溫抗氧