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MAX相陶瓷是一类新型的三元层状化合物,兼具金属和陶瓷的优良性能,如良好的导热导电性、化学稳定性、耐腐蚀、抗氧化性、耐摩擦磨损、可加工等性能,使得MAX相成为极具潜力的涂层材料,因此近年来MAX相涂层的制备技术备受关注。目前主要采用磁控溅射的方法,利用三个独立的元素靶或者单个MAX相化合物靶,在原位加热的基体上沉积制备MAX相涂层。然而无论是采用三个元素靶还是单个MAX相化合物靶,都面临着诸多问题,如成本高、操作工艺复杂、重复性差,沉积温度高,制备涂层杂质含量高等难题,因此严重限制了MAX相涂层的制备及工业应用。 为进一步降低成本,提高制备效率,需要进一步优化MAX相涂层的制备工艺,以促进其工业化的大规模应用。本论文提出采用新型的低温热压M-A-X多相复合物靶材,通过物理气相沉积方法在室温条件下沉积,然后进行后续热处理制备晶态MAX相涂层。这种“两步法”沉积技术,既保持了单靶沉积的易操控性,同时又使得靶材成分易于调控,且能够高效低成本地制备MAX相涂层,对于促进MAX相涂层的实际应用具有极大意义。本论文通过低温热压的多相复合靶结合“两步法”制备了几种典型的MAX相涂层,主要结论如下: (1)利用650/800/1000℃不同温度热压的Cr-Al-C靶材,通过磁控溅射得到的室温沉积态涂层为非晶态,经620℃/20 h热处理后转变为单相晶态Cr2AlC。发现低温热压靶材的起始粉料中Cr、Al和C的摩尔比为2∶1∶1时,可通过“两步法”工艺成功制备晶态Cr2AlC涂层,靶材的相组成及致密度对所制备涂层的影响较小。对800℃热压靶制备的Cr2AlC涂层分析时发现,涂层平整、致密、无裂纹;涂层具有双层结构,内层为Cr2Al1-x(C,O),外层为Cr2AlC。 (2)利用非Cr2AlC化合物低温热压靶,通过电弧离子镀室温沉积得到的涂层为非晶态。经620℃/20 h热处理后,涂层可完全转变为晶态。涂层以Cr2AlC为主相,同时含有少量的Cr3C2。涂层没有明显的择优取向。晶化转变过程未导致涂层开裂。沉积态非晶涂层及热处理后晶态涂层都具有成分调制的纳米层状结构。 (3)采用低温热压Ti-Al-C靶,通过“两步法”工艺,成功制备了Ti2AlC和Ti3AlC2涂层。实验表明,沉积态涂层的晶态和相组成与靶材中的Ti,Al和C的摩尔比有关:当Ti∶Al∶C=2∶1.5∶1时,沉积态涂层为非晶态;当Ti∶Al∶C=2∶1∶1/3∶1∶1/3∶1∶2/3∶2∶2时,沉积态涂层为晶态(Ti,Al)C。分别采用成分为Ti∶Al∶C=2∶15∶1和Ti∶Al∶C=3∶2∶2的靶材,经磁控溅射室温沉积和800℃/1 h热处理后,得到了高纯度的Ti2AlC和Ti3 AlC2涂层。所制备的Ti2AlC和Ti3AlC2涂层呈现板条状MAX相晶粒结构特征,且晶粒具有多种取向,尺寸小于200 nm。 (4)采用低温热压Ti-Al-N靶材,通过“两步法”工艺,成功地制备了单相的Ti2AlN涂层。采用在700℃和900℃热压的靶材,通过磁控溅射室温沉积得到的涂层都是非晶态,平整均匀,无裂纹。经700℃/1 h热处理后,涂层由非晶态转变为单相Ti2AlN纳米晶,晶粒尺寸约为20 nm。 (5)采用800℃热压的Nb-Al-C和Nb-Ti-Al-C靶,结合“两步法”工艺,可以成功制备Nb2AlC及(Nb,Ti)2AlC涂层。磁控溅射室温沉积得到的Nb-Al-C和Nb-Ti-Al-C涂层均为非晶态。经过800℃/1 h热处理后,涂层由非晶态分别转变为单相Nb2AlC和(Nb,Ti)2AlC。非晶态及晶态涂层皆致密均匀,无微裂纹存在。Nb2AlC涂层在700℃下空气中的氧化动力学遵循直线规律,抗氧化性能较差;而Ti固溶掺杂后形成的(Nb,Ti)2AlC固溶体涂层在700-900℃下空气中氧化20 h的动力学符合次抛物线规律,抗氧化性明显提高。