Ti-TiB2多層膜的制備及其斷裂韌性研究.pdf

1、TiB2薄膜具有耐磨損、耐高溫氧化及耐腐蝕等特點(diǎn)，但脆性大、與基體結(jié)合性能較差等缺點(diǎn)限制了其廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)貝殼珍珠層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以金屬層Ti為軟質(zhì)層，對(duì)TiB2薄膜進(jìn)行仿生增韌處理，通過(guò)X射線衍射和掃描電鏡分析了薄膜的相結(jié)構(gòu)和表面（斷面）形貌，采用納米壓痕儀測(cè)定了多層膜的硬度和彈性模量，并通過(guò)維氏壓痕法研究Ti/TiB2多層膜的斷裂韌性。研究結(jié)果表明:
　　利用磁控濺射法制備的Ti/TiB2納米結(jié)構(gòu)多層膜，具有明顯的層狀周期結(jié)

2、構(gòu)，各子層間的界面清晰，薄膜表面光滑、平整，結(jié)構(gòu)致密。但Ti子層的周期性引入，使得TiB2在(001)方向出現(xiàn)了明顯的擇優(yōu)取向。
　　Ti/TiB2多層膜的調(diào)制結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜的硬度和彈性模量影響較大，隨著調(diào)制比和調(diào)制周期的增大，薄膜的硬度逐漸提高。多層膜在Si基底和TC4合金基體上呈現(xiàn)出兩種不同的斷裂方式:沉積在Si基體上的多層膜發(fā)生斷裂時(shí)主要以徑向裂紋的擴(kuò)展為主;而在沉積在TC4基體上的多層膜主要通過(guò)環(huán)形裂紋和徑向裂紋進(jìn)行能量釋放。

3、
　　隨著調(diào)制比的增大，沉積在兩種不同基體上的多層膜其斷裂韌性均呈先增大后減小的趨勢(shì)，但沉積在TC4基體上薄膜的斷裂韌度明顯高于沉積在Si基體上薄膜。當(dāng)調(diào)制比為1∶5時(shí)，薄膜的斷裂韌度達(dá)到最大(KIC=2.40 MPa·m1/2)。調(diào)制周期對(duì)多層膜的斷裂韌性的影響和調(diào)制比相似，也表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)調(diào)制周期T=6時(shí)多層膜表現(xiàn)出最佳的斷裂韌性，斷裂韌度為2.46MPa·m1/2。分析認(rèn)為多層膜中Ti子層的周期性引入，有效緩解