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《磁控濺射TiN_CrN多層膜納米力學(xué)性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號(hào)：TB303密級(jí)：UDC：620編號(hào)：201431804030河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文磁控濺射TiN/CrN多層膜納米力學(xué)性能研究論文作者：靳巧玲學(xué)生類別：全日制專業(yè)學(xué)位類別：工程碩士領(lǐng)域名稱：材料工程指導(dǎo)教師：張建軍職稱：教授王海斗教授資助基金項(xiàng)目：本文受國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(51535011)和國防973計(jì)劃(61328304)資助支持。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsEngineeringNANO-MECHANIC
2、ALPROPERTIESOFTiN/CrNMULTILAYERFILMSDEPOSITEDBYMAGNETRONSPUTTERINGbyJinQiaolingSupervisor:Prof.ZhangJianjunProf.WangHaidouMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.(51535011)and973Project(61328304).摘要隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械零件和工程構(gòu)件服役環(huán)境的多樣化對機(jī)械零部件的性能提出了更高的要求，硬質(zhì)TiN薄膜由
3、于其高硬度和高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在機(jī)械零部件的表面防護(hù)方面。然而常規(guī)的TiN薄膜容易在工作過程中從基體上剝落，在循環(huán)往復(fù)的動(dòng)態(tài)載荷下容易產(chǎn)生疲勞失效，并且高溫環(huán)境下力學(xué)性能較差，以上不足均限制了其在航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)、高速鋼等環(huán)境中工作的可能性。為此，發(fā)展了以TiN薄膜為基礎(chǔ)的多層薄膜，研究表明多層結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了薄膜的斷裂韌性、抗沖擊疲勞性能和高溫力學(xué)性能等。本課題采用磁控濺射技術(shù)制備了TiN和CrN單層薄膜，并交替沉積兩種薄膜制備了TiN/CrN多層薄膜，并探索研究了濺射功率對單層薄膜和調(diào)制周期對多層薄膜力學(xué)性能的影響。分別使用掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡
4、、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、X射線光電子能譜和納米力學(xué)測試系統(tǒng)對薄膜的表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)、相組成和多項(xiàng)納米力學(xué)性能進(jìn)行了測試。重點(diǎn)針對納米尺度的多層薄膜微觀結(jié)構(gòu)的特殊性，采用基于納米力學(xué)測試系統(tǒng)中的納米壓痕、納米動(dòng)態(tài)載荷測試和高溫納米壓痕模塊深入探究了多層復(fù)合薄膜在準(zhǔn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)沖擊和高溫服役條件下的力學(xué)性能。對比了多層薄膜與單層薄膜、不同調(diào)制周期的多層薄膜的力學(xué)性能，結(jié)合多層薄膜微觀結(jié)構(gòu)研究了其硬度、抗斷裂性能和抗沖擊疲勞性能的增強(qiáng)機(jī)制。結(jié)果表明多層薄膜綜合力學(xué)性能優(yōu)于單層薄膜，并且隨著調(diào)制周期的減小，多層薄膜硬度、斷裂韌性、抗沖擊疲勞性能和高溫力學(xué)
5、性能均有所改善。調(diào)制周期較大的多層薄膜硬化機(jī)理遵循Hall-pech理論，當(dāng)調(diào)制周期小于10nm時(shí)，硬化機(jī)理主要是界面協(xié)調(diào)應(yīng)變機(jī)制。調(diào)制層之間的相結(jié)構(gòu)、模量和變形機(jī)制以及調(diào)制層之間的相互作用機(jī)制均是阻礙裂紋擴(kuò)展以及提升多層薄膜性能的影響因素。高溫下調(diào)制周期較小的薄膜力學(xué)性能變化較小較穩(wěn)定，調(diào)制周期較大的薄膜硬度降低、抵抗塑形變形的能力下降。薄膜的斷裂性能與載荷、調(diào)制周期均有密切聯(lián)系，薄膜首次產(chǎn)生破壞時(shí)的臨界載荷受薄膜裂紋擴(kuò)展動(dòng)力和壓頭壓應(yīng)力的競爭關(guān)系所決定，相同載荷時(shí)調(diào)制周期較大的薄膜更易產(chǎn)生放射狀裂紋以及剝落現(xiàn)象，達(dá)到某臨界調(diào)制周期后，薄膜的韌性顯著降
6、低轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈员∧?。納米沖擊測試表明，薄膜抗沖擊疲勞壽命隨沖擊載荷和調(diào)制周期的增大逐漸變短，薄膜抗沖擊疲勞破壞分為三個(gè)階段：薄膜表面裂紋的形核，裂紋的進(jìn)一步形核和生長，沖擊壓痕的邊緣出現(xiàn)了明顯的環(huán)形層狀堆積，最終呈放射狀向外破碎和剝落。I關(guān)鍵字：TiN/CrN多層薄膜磁控濺射納米壓痕技術(shù)納米沖擊測試抗沖擊疲勞性能高溫力學(xué)性能IIABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofindustry,thediversificationofserviceenvironmentofmechanicalpartsandengineering
7、componentsputsforwardhigherrequirementsontheperformanceofmechanicalparts.HardTiNfilmsbecauseofitshighhardnessandwearresistancearewidelyusedinsurfaceprotectionofmechanicalparts.However,conventionalTiNfilmseasilypeelingofffromthesubstrateintheworkprocess,occurredfatiguefailuresunde
8、rtheactionsofcyclicloading,andbehaveapoo
