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磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能

杨铎 钟宁 尚海龙 孙士阳 李戈扬

磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能

杨铎, 钟宁, 尚海龙, 孙士阳, 李戈扬
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  • 采用Al和TiN靶通过磁控共溅射方法, 制备了一系列Ti:N≈1的不同(Ti, N) 含量的铝基纳米复合薄膜, 利用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和纳米力学探针表征了薄膜的成分、 微结构和力学性能, 研究了(Ti, N)含量对复合薄膜微结构和力学性能的影响. 结果表明: Ti, N原子的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超过饱和固溶体", 薄膜的晶粒随着溶质含量的增加逐步纳米化, 并进一步形成非晶结构, 晶界区域形成溶质原子的富集区. 相应地, 复合薄膜的硬度在含1.8 at.%(Ti, N) 时就可迅速提高到3.9 GPa; 随着TiN含量的增加, 薄膜的硬度进一步提高到含17.1 at.%(Ti, N)时的8.8 GPa. 以上结果显示出Ti和N"双超过饱和固溶"对Al薄膜极其显著的强化效果.
    • 基金项目: 重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB619601)和国家自然科学基金(批准号: 51071104) 资助的课题.
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    Sanchette F, Billard A 2001 Surf. Coat. Technol. 142 218

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    Perez A, Sanchette F, Billard A, Rébéré C, Berziou C, Touzain S, Creus J 2012 Mater. Chem. Phys. 132 154

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    Suzuki H 1957 Dislocations and Mechanical Properties of Crystals (New York: J. Wiley) p361

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    Labusch R 1970 Phys. Status Solidi 41 659

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    Suzuki H 1957 Dislocations and Mechanical Properties of Crystals (New York: J. Wiley) p361

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-07-02
  • 修回日期:  2012-08-29
  • 刊出日期:  2013-02-05

磁控溅射(Ti, N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能

  • 1. 上海交通大学, 金属基复合材料国家重点实验室, 上海 200240;
  • 2. 上海海事大学, 海洋材料科学与工程研究院, 上海 201306
    基金项目: 

    重点基础研究发展计划(批准号: 2012CB619601)和国家自然科学基金(批准号: 51071104) 资助的课题.

摘要: 采用Al和TiN靶通过磁控共溅射方法, 制备了一系列Ti:N≈1的不同(Ti, N) 含量的铝基纳米复合薄膜, 利用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和纳米力学探针表征了薄膜的成分、 微结构和力学性能, 研究了(Ti, N)含量对复合薄膜微结构和力学性能的影响. 结果表明: Ti, N原子的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超过饱和固溶体", 薄膜的晶粒随着溶质含量的增加逐步纳米化, 并进一步形成非晶结构, 晶界区域形成溶质原子的富集区. 相应地, 复合薄膜的硬度在含1.8 at.%(Ti, N) 时就可迅速提高到3.9 GPa; 随着TiN含量的增加, 薄膜的硬度进一步提高到含17.1 at.%(Ti, N)时的8.8 GPa. 以上结果显示出Ti和N"双超过饱和固溶"对Al薄膜极其显著的强化效果.

English Abstract

参考文献 (12)

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