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纳米多层结构实现硬质薄膜韧化的方法、机理与应用
  • ISSN号:1001-4381
  • 期刊名称:《材料工程》
  • 时间:0
  • 分类:TG174.444[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]装甲兵工程学院再制造工程系装备再制造技术国防科技重点实验室,北京100072
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51102283,51401238);重点实验基金项目(ZX1380).
中文摘要:

Al在ZrN薄膜中的存在形式与Al含量密切相关,由此导致ZrAlN薄膜的韧性改变。本文发现了一定成分的ZrAlN薄膜同时具备高硬度和高韧性的现象。采用磁控溅射技术在钛合金和单晶si上沉积不同Al含量的ZrAlN薄膜,测试了硬度(H)、弹性模量(E)和断裂韧性(KIC),表征了微观组织、相结构,阐明了性能变化机理。采用纳米压入仪测试H和E;压人法及小能量多冲法评价了KIC;采用场发射扫描电镜(FESEM)观察截面形貌,X射线衍射(XRD)分析物相结构。实验发现:当向ZrN薄膜(18.9GPa)中加入5at%,23at%,47at%和63at%Al后,对应硬度分别是24.5,40.1,17.1和19.1GPa;对应断裂韧性分别是1.47,3.17,1.13和1.58MPa·mns,即23at%A1的薄膜同时具备最高的硬度(40.1GPa)和最高的韧性(3.17MPa·m^-0.5)。XRD表明,5at%和23at%Al固溶到ZrN晶粒中,形成NaCl型面心立方(FCC)结构,而47at%和63at%Al则形成纤锌矿密排六方(HCP)A1N第二相。采用两种方法定量地评价了薄膜的韧性。

英文摘要:

ZrAlN thin films containing variable amounts of aluminum, namely 5, 23, 47 and 63at%, were deposited onto TC6 and Si wafers by magnetron sputtering in an argon/nitrogen gas mixture. The ZrAIN coatings were characterized with Field Emission Gun Scanning Electron Microscopy (FESEM) and X-ray Diffraction (XRD). The plastic deformation of films was analyzed from loading/unloading curves measured by nano-indentation method. The fracture toughness of films were determined by Vicker Indenter Load and Low-Load Impact method. The results show that ZrA1N films possess hardness values of 24.5, 40.1, 17.1 and 19.1 GPa, and fracture toughness values of 1.47, 3.17, 1.13 and 1.58 MPa·m^-0.5, respectively. 23at%ZrAlN possesses highest hardness and toughness. XRD indicates that 5at% and 23at%Al dissolved within ZrN grains forms the NaC1 type face-centered cubic (FCC) structures whereas 47at% and 63at%Al forms wurtzite A1N second phase.

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期刊信息
  • 《材料工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国航空工业集团公司
  • 主办单位:中国航空工业集团公司 北京航空材料研究院
  • 主编:曹春晓
  • 地址:北京市海淀区温泉镇环山村8号
  • 邮编:100095
  • 邮箱:matereng@biam.ac.cn
  • 电话:010-62496276
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-4381
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1800/TB
  • 邮发代号:
  • 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,美国剑桥科学文摘,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),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:16726