【摘 要】
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以TiN为代表的陶瓷硬质薄膜在刀具涂层上的成功应用有力地推动了制造业的发展。高速、干式切削等加工技术的进步对刀具涂层提出了更高的要求。作为一种通过微结构设计强化的
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以TiN为代表的陶瓷硬质薄膜在刀具涂层上的成功应用有力地推动了制造业的发展。高速、干式切削等加工技术的进步对刀具涂层提出了更高的要求。作为一种通过微结构设计强化的材料,纳米多层膜不仅可因其超硬效应获得高硬度,而且可以通过选择材料组合获得其他优异性能,因而纳米多层膜作为新一代刀具涂层材料而备受关注。鉴于已有的纳米多层膜产生强化的超硬效应研究,以及纳米多层膜中晶体层强制非晶层晶化的模板效应的微结构研究,其理论分析和实验研究多以NaCl结构的立方晶系所展开,本论文采用六方晶系的纤锌矿结构AlN（h-AlN）作为纳米多层膜的晶体层,研究了SiO2和Si3N4非晶层在h-AlN晶体层上的晶化现象以及AlN/SiO2和AlN/Si3N4纳米多层膜的生长结构、超硬效应和强化机制;考察了AlN/SiO2纳米多层膜的高温抗氧化性,并且讨论了氧化物层的加入对纳米多层膜抗氧化性的影响。研究结果表明:在AlN/SiO2和AlN/Si3N4纳米多层膜中,六方晶体的AlN模板层能够使沉积态为非晶的SiO2和Si3N4在调制层厚度小于约0.6 nm时晶化为六方结构的赝晶体,并与AlN层形成共格外延生长结构,多层膜呈现出硬度升高的超硬效应,最高硬度分别达到29.1 GPa和32.8 GPa。SiO2和Si3N4随层厚的进一步增加又逐渐转变为以非晶态生长,多层膜的外延生长结构遭到破坏,硬度亦随之降低。对于AlN/SiO2和AlN/Si3N4纳米多层膜,根据模量差理论定量计算所得的硬度增量远小于实际测量值,表明模量差强化仅仅占到多层膜硬度提高的一小部分。基于高分辨透射电子显微镜观察到多层膜中存在晶格错配而产生拉压交变应力场,本论文利用共格应变的理论模型进行计算,得到的硬度增量与实际的增量相当。分析认为,两调制层形成共格
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