Y對(duì)CrAlN膜層結(jié)構(gòu)及高溫抗氧化性能的影響.pdf

1、CrAlN薄膜因?yàn)榫哂懈哂捕?、良好的耐磨性能以及?yōu)異的高溫抗氧化等性能，得到了廣泛的關(guān)注，并已經(jīng)成功應(yīng)用在了刀具、模具、航空等許多領(lǐng)域。但是隨著科技的發(fā)展，對(duì)膜層的性能要求也變得越來越高。本論文主要研究 Y、Si元素的加入對(duì)CrAlN薄膜性能的影響。
　　采用磁控濺射技術(shù)，在高速鋼基材上沉積不同Y含量的CrAlYN薄膜，不同Si含量的CrAlSiN薄膜以及CrAlSiYN薄膜，并進(jìn)行了大氣和真空高溫?zé)崽幚韺?shí)驗(yàn)。通過SEM、EDS、

2、XRD以及納米壓痕儀等設(shè)備對(duì)薄膜元素組成、納米硬度、彈性模量以及熱處理前后的表面形貌和物相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。分別研究了 Y、Si元素對(duì)薄膜硬度、彈性模量、物相組成、高溫抗氧化性能以及熱穩(wěn)定性能的影響。
　　加入Y后薄膜沒有新的物相形成，但是（Cr，Al）N相的衍射峰取向由（200）向（111）轉(zhuǎn)變。與CrAlN膜層相比，CrAlYN薄膜Y含量為0.41at.％時(shí)膜層的硬度、彈性模量和高溫抗氧化性能顯著改善，Y含量2.75at.%和3

3、.94at.%時(shí)，膜層的綜合性能有所降低。大氣高溫?zé)崽幚砗蟮腃rAlYN膜層，O、Cr、Al、Fe和Y等元素均在晶內(nèi)均勻析出，但是在晶界和島狀大顆粒處，O富集而貧Al和貧Fe。
　　CrAlSiN薄膜，硬度模量在Si含量為7.18at.%時(shí)，相對(duì)較優(yōu)。CrAlSiN薄膜，800℃沒有氧化痕跡，抗氧化性能良好。900℃，出現(xiàn)Cr2O3和Al2O3氧化物，膜層發(fā)生氧化。1000℃膜層隆起，膜層與基體結(jié)合力減弱，存在大量的Fe2O3相和

4、少量的Cr3O相，氧化嚴(yán)重。
　　利用 Cr30Al70合金靶制備的 CrAlSiYN薄膜的硬度模量遠(yuǎn)低于 CrAlSiN和CrAlYN薄膜，利用Cr50Al50合金靶制備的CrAlSiYN薄膜的硬度模量相比于利用Cr30Al70靶制備的CrAlSiYN薄膜有了很大提高，但是與CrAlSiN和CrAlYN膜層相比，硬度模量并沒有得到明顯改善。CrAlSiYN薄膜的高溫抗氧化性能也沒有提升，1000℃時(shí)，已經(jīng)完全氧化失效。經(jīng)850℃