【摘 要】
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在TiAlN硬质膜基础上添加Nb来制备TiAlNbN硬质膜,通过不同的合金靶以及靶电流的组合实现对成分的控制,进而探究成分对膜层性能的影响。采用多弧离子镀设备,使用Ti80Nb20、Ti70Al30、Ti50Al50、Ti62Al15Nb23和Ti52Al22Nb26合金靶在M2高速钢基体上制备了Nb含量保持不变的前提下,Ti和Al含量变化的TiAlNbN硬质膜以及在Al含量不变的前提下,Nb和T
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在TiAlN硬质膜基础上添加Nb来制备TiAlNbN硬质膜,通过不同的合金靶以及靶电流的组合实现对成分的控制,进而探究成分对膜层性能的影响。采用多弧离子镀设备,使用Ti80Nb20、Ti70Al30、Ti50Al50、Ti62Al15Nb23和Ti52Al22Nb26合金靶在M2高速钢基体上制备了Nb含量保持不变的前提下,Ti和Al含量变化的TiAlNbN硬质膜以及在Al含量不变的前提下,Nb和Ti含量变化的TiAlNbN硬质膜。对制备的TiAlNbN硬质膜的表面成分、断面成分、表面形貌、断面形貌和膜层相结构进行表征;测试了不同成分膜层的硬度、膜/基结合力和700℃抗热震性能。研究表明,本研究制备的两组TiAlNbN硬质膜均结构致密、附着性能良好,液滴数量少于TiAlN硬质膜的液滴数量。两组膜层N含量均保持在50%±2的范围内,膜层表面成分均匀。在对断面分析时发现,膜层断面表现为明显的柱状晶结构,结构致密;在膜层的生长方向上两组膜层N梯度明显;两组膜层的主要相结构均为B1-Na Cl型的面心立方结构,择优取向均为（111）面。TiAlNbN硬质膜的硬度最大值为2798HV,出现在Ti:Al:Nb=57:37:6成分点,以Ti N为基的TiAlNbN硬质膜中存在晶格畸变互补效应。随着Al含量增加,晶格常数变小,而随着Nb含量增加,晶格常数变大。这两个组元含量过多都会导致畸变过大,硬度下降,因此只有在合适的比例下才会出现最大硬度。在抗热震方面,本研究发现TiAlNbN硬质膜在失效之初,首先是液滴的开裂或者脱落,随着热震次数的增加膜层主要表现为两种失效模式:一是在液滴或液滴脱落形成的凹坑周围比较薄弱的应力集中区,膜层会首先开裂,逐渐发展,最终连接成片,膜层脱落失效;二是在膜层表面直接开裂,裂纹发展,最终连接成片,膜层脱落失效。研究中还发现这两种失效模式并不是孤立存在,而是同时出现的。本研究中综合性能最优的膜层成分为金属元素比为Ti:Al:Nb=58:32:10。
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