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全方位离子注入与沉积TiN薄膜的纳米压痕和纳米划擦行为
  • ISSN号:1672-7126
  • 期刊名称:《真空科学与技术学报》
  • 时间:0
  • 分类:TG172.44[金属学及工艺—金属表面处理;金属学及工艺—金属学]
  • 作者机构:[1]昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明650093, [2]哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室,哈尔滨150001
  • 相关基金:基金项目:国家自然科学基金(50671045)资助项目;云南省自然科学基金(2008ZC021M)资助项目;昆明理工大学分析测试基金(2009-022)资助项目
中文摘要:

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合改性技术在AISI52100轴承钢基体表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜。膜层的相组成及其表面形貌分别用x射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)表征。合成薄膜前后试样的力学性能经纳米压痕和划痕实验评价。XRD结果表明,膜层中主要存在TiN相,择优取向(200),同时含有少量TiO2和钛氮氧的化合物。AFM形貌显示出试样表面TiN呈定向排列,膜层均匀完整,结构致密。纳米压痕测试结果表明,膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,最大值分别达到22.5和330GPa,较基体分别增长104.5%和50%。根据纳米划痕形貌和划痕深度随划痕位置的变化关系分析出,薄膜在纳米划擦过程中先后经历了弹性变形,弹塑性变形,加载开裂或卸载剥落三个阶段。划擦剥落抗力达到80mN,表明TiN薄膜具有很好的弹性恢复能力和较强的疲劳剥落抗力。

英文摘要:

The TiN films were fabricated by plasma immersion ion implantation and deposition (PIIID) on AISI52100 bearing steel substrates. The microstructures and mechanical properties of the TiN films were characterized with X-ray diffraction and atomic force microscopy and nano-indentation. The results show that the TiN films significantly improve the mechanical properties of the steel surface. For example, the highest nano-hardness and elastic modulus of the fairly smooth and compact TiN films are 22.5 GPa and 330 GPa, respectively, 104.5% and 50% higher than those of the substrates.The scratching proceeds from elastic deformation, to plastic deformation, and to load-induced cracking or delaminating due to unloading. The critical cracking resistance was found to be about 80 mN. Besides, the PIIID TiN film shows a fairly stronger elastic recovery and a higher fatigue delaminating resistance.

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期刊信息
  • 《真空科学与技术学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国真空学会
  • 主编:李德杰
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  • 邮编:100022
  • 邮箱:cvs@chinesevacuum.com
  • 电话:010-58206280
  • 国际标准刊号:ISSN:1672-7126
  • 国内统一刊号:ISSN:11-5177/TB
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  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:4421