畅庚榕
,
郭岩
,
马胜利
,
徐可为
稀有金属材料与工程
用工业型脉冲直流等离子体化学气相沉积(PCVD)设备,在高速钢(W18Cr4V)基材表面沉积新型四元Ti-Si-C-N复合超硬薄膜.结果表明:Ti-Si-C-N薄膜是由面心立方结构的TiN和TiC纳米晶、Ti(C,N)固溶体及存在于晶界的非晶Si3N4和a-C组成,形成TiN/TiC/Ti(C,N)/a-C/a-Si3N4复相结构,这种复相结构存在着[111],[220]和[200]混合择优取向.SiCl4和CH4流量变化是影响薄膜相组成和硬度变化的主要工艺参数.随Si含量的增加,薄膜的显微硬度先升后降,表面形貌由致密的细颗粒状变为粗大的枝条状;C元素的加入能抑制柱状晶的形成,对硬度影响较小.
关键词:
PCVD
,
Ti-Si-C-N
,
纳米复合超硬薄膜
,
微观结构
,
显微硬度
郭岩
,
畅庚榕
,
吴贵智
,
马胜利
,
徐可为
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2006.02.013
用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出新型Ti-Si-C-N超硬薄膜.Ti-Si-C-N薄膜为纳米晶/非晶复合结构(nc-Ti(C,N)/a-Si3N4/a-C-C),当薄膜中Si和C含量较高时,Ti(C,N)转变为TiC,晶粒尺寸减小到2-4 nm.薄膜晶粒尺寸和硬度的高温热稳定性均随沉积态薄膜中的原始晶粒尺寸减小而提高,当原始晶粒尺寸在8-10 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达900℃;当原始晶粒尺寸在2-4 nm之间时,晶粒尺寸和硬度热稳定性可达1000℃薄膜硬度和晶粒尺寸表现出同步的高温热稳定性.分析认为由调幅分解形成的纳米复合结构中的非晶相强烈地抑制晶界滑移与晶粒长大,从而使Ti-Si-C-N薄膜的热稳定性显著提高.
关键词:
Ti-Si-C N
,
纳米复合超硬薄膜
,
晶粒尺寸
,
显微硬度
,
热稳定性
郭岩
,
徐彬
,
吴贵智
,
马胜利
,
徐可为
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2007.02.009
用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出Ti-Si-C-N超硬薄膜.XRD,XPS及HRTEM等测试表明,薄膜由纳米晶/非晶复合结构组成(nc-Ti(C,N)/a-Si3N4/a-C-C或nc-Ti(C,N)/h-Si3N4/a-Si3N4/a-C-C).Ti(C,N)显示(200)晶面择优取向.高温氧化实验显示:随Ti含量降低和Si含量增大,Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度逐步提高;当Ti含量为8.7%、Si含量为17.8%时,薄膜中出现少量晶化的密排六方结构的h-Si3N4,弥散分布在非晶基体中,薄膜抗氧化温度达到900℃.Ti-Si-C-N薄膜的氧化过程分为增重和失重两个阶段,进入失重阶段后薄膜很快失效.
关键词:
Ti-Si-C-N
,
纳米复合超硬薄膜
,
晶粒尺寸
,
抗氧化温度
郭岩
,
徐彬
,
吴贵智
,
马胜利
,
徐可为
金属学报
用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出新型Ti-Si-C-N超硬薄膜。用XRD、XPS、HRTEM等分析发现薄膜微观组成为纳米晶/非晶复合结构（nc-Ti(C, N)/a-Si3N4/a-C-C）或（nc-Ti(C, N)/h-Si3N4/a-Si3N4/a-C-C）。高温氧化实验结果发现：随Ti含量降低和Si含量增大，Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度逐步提高。当Ti含量为8.7at.%、Si含量为17.8at.% 时，薄膜中出现少量晶化的h-Si3N4，弥散分布在非晶基体中，这种结构的Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度达到900℃。分析认为Ti-Si-C-N薄膜中随Si含量增多，非晶Si3N4厚度不断增大或层数增多，且非晶中弥散分布的h-Si3N4和非晶Si3N4强烈阻止氧在晶界的扩散，从而使薄膜的抗氧化性显著提高。研究还发现Ti-Si-C-N薄膜的氧化过程分为增重和失重两个阶段，进入失重阶段后薄膜会很快发生失效。
关键词:
Ti-Si-C-N
,
superhard nanocomposite coating
,
crystallite size
,
oxidation-resistance temperature
