文档介绍：江苏科技大学
硕士学位论文
Ti-Al-N、Ti-Al-V-N复合膜及Ti-Al-N/VN多层膜的制备、微结
构与性能研究
姓名:陆昆
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:许俊华
2011-06-14
摘要
摘要
本论文采用反应磁控溅射制备了 Ti-Al-N 复合膜、Ti-Al-V-N 复合膜和 Ti-Al-N/VN
纳米结构多层膜,研究了 Al含量对 Ti-Al-N 复合膜的微结构、力学性能、摩擦磨损性
能的影响;V 含量对 Ti-Al-V-N 复合膜的微结构及性能的影响;并研究了纳米多层膜
中调制周期 Ti-Al-N/VN 多层膜结构与力学性能的影响,讨论了多层膜的致硬机理。研
究结果表明:
Ti-Al-N 复合膜择优取向始终都是 c-Ti-Al-N(111)。随着 Al 含量的增加,(111)强度
在减弱。Al含量增加到 .%时,出现了 h-AlN(100)衍射峰。在 Al 含量 .%
时达到最大值 ,分析认为显微硬度增加的主要原因主要是 Al 原子取代 Ti 原
子所引起的晶格畸变。Ti-Al-N 复合膜的高温抗氧化温度在 900℃-950℃之间。室温下,
在 Al含量为 .%时摩擦系数最低的 ;
高温 800℃时,在 Al含量为 at.%时摩擦系数达到最低的 ,在 Al 含量较低
时薄膜氧化形成的 Al2O3 润滑层,起到了固体润滑剂的作用。
Ti-Al-V-N 复合膜始终呈(111)面择优生长。Ti-Al-V-N 复合膜在 V 含量为 .%
时,其显微硬度达到了最大值 ,分析认为硬度升高主要是固溶强化作用的结
果。随着 V 含量的逐渐增加,Ti-Al-V-N 复合膜的高温抗氧化性能在逐渐降低。在室
温时,在 V 含量为 .%时摩擦系数最小,为。分析认为可能是摩擦过程中
发生摩擦化学反应生成的 TiO 2 的量的减少和硬度变化共同作用的结果。在高温 65℃
时,在 V 含量为 .%时摩擦系数最小,为。分析认为在高温摩擦磨损过程
中生成的具有自润滑性能 V2O5 是涂层拥有低摩擦系数的主要原因。
Ti-Al-N/VN 多层膜,多层膜始终沿(111)面择优生长。在调制周期为 6nm 时,多
层膜硬度达到最大值为。关于多层膜的强化机理,分析认为 Hall-Petch 效应
不起作用,模量差异强化不是主要原因,多层膜的硬度的升高主要是协调应变强化的
原因。

关键词:Ti-Al-N 复合膜,Ti-Al-V-N 复合膜,Ti-Al-N/VN 多层膜,显微结构,性能,
致硬机理

I
Abstract
Abstract
Ti-Al-posite films, Ti-Al-V-posite films and Ti-Al-N/VN multilayer films
were prepared by reactive ron sputtering technique. The effect of Al content on the
microstructure, mechanical properties and friction and wear properties of Ti-Al-N
composite films were investigated. The effect of V content on the microstructure properties
of Ti-Al-V-posite films investigated. Ti-Al-N/VN multilayer films microstructure and
mechanical properties influenced by modulation periods, the mechanisms of hardening were
main conclusions in this work are summarized as follows:
Ti-Al-posite films always grew in c-Ti-Al-N(111). As the Al content increased
up to .%, the h-AlN(100) phase was for