金属学报  2007, Vol. 43 Issue (2): 159-164

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PCVD法制备的Ti--Si--C--N纳米复合超硬薄膜的高温氧化行为

郭岩 徐彬 吴贵智 马胜利 徐可为

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室; 西安 710049

OXIDATION BEHAVIOR OF A NOVEL Ti-Si-C-N SUPERHARD NANOCOMPOSITE COATINGS AT ELEVATED TEMPERATURE

Yan GUO

西安交通大学材料学院金属材料强度国家重点实验室表面组

郭岩; 徐彬; 吴贵智; 马胜利; 徐可为 . PCVD法制备的Ti--Si--C--N纳米复合超硬薄膜的高温氧化行为[J]. 金属学报, 2007, 43(2): 159-164 .
, , , , . OXIDATION BEHAVIOR OF A NOVEL Ti-Si-C-N SUPERHARD NANOCOMPOSITE COATINGS AT ELEVATED TEMPERATURE[J]. Acta Metall Sin, 2007, 43(2): 159-164 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(405 KB)   摘要: 用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)方法在高速钢基体上沉积出新型Ti-Si-C-N超硬薄膜。用XRD、XPS、HRTEM等分析发现薄膜微观组成为纳米晶/非晶复合结构（nc-Ti(C, N)/a-Si3N4/a-C-C）或（nc-Ti(C, N)/h-Si3N4/a-Si3N4/a-C-C）。高温氧化实验结果发现：随Ti含量降低和Si含量增大，Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度逐步提高。当Ti含量为8.7at.%、Si含量为17.8at.% 时，薄膜中出现少量晶化的h-Si3N4，弥散分布在非晶基体中，这种结构的Ti-Si-C-N薄膜的抗氧化温度达到900℃。分析认为Ti-Si-C-N薄膜中随Si含量增多，非晶Si3N4厚度不断增大或层数增多，且非晶中弥散分布的h-Si3N4和非晶Si3N4强烈阻止氧在晶界的扩散，从而使薄膜的抗氧化性显著提高。研究还发现Ti-Si-C-N薄膜的氧化过程分为增重和失重两个阶段，进入失重阶段后薄膜会很快发生失效。 关键词 ： Ti-Si-C-N,  纳米复合超硬薄膜,  晶粒尺寸,  抗氧     Abstract：Superhard nanocomposite Ti-Si-C-N coatings were deposited on substrate of high speed steel using an industrial pulsed d.c. plasma chemical vapor deposition set-up. Detailed microstructure examined by means of XRD, XPS and TEM suggested that the Ti-Si-C-N coatings are a nanocomposite structure composed of nanocrystalline Ti(C, N) and amorphous carbon and Si3N4, occasionally h-Si3N4. Ti(C, N) showed a strong 200 preferred orientation. With Ti content increasing and Si content decreasing, high-temperature oxidation resistance gain improvement gradually. When Ti and Si contents were 17.8at. % and 8.7at. %, respectively, nanocrystals of Si3N4 in the coating were dispersed on an amorphous matrix.The kind of coatings exhibited a much higher temperature (900℃) oxidation resistance. The possible origin of high-temperature of Ti-Si-C-N coating is explained that with increasing Si content, increasing amorphous Si3N4 thickness/layers and h-Si3N4dispersed in the matrix act as an efficient diffusion barrier against oxygen diffusion, which is helpful for improvement of oxidation resistance. Two-stage oxidation process involving mass gain and loss were observed, and the failure of the coating took place in the process of mass loss in the coating. Key words： Ti-Si-C-N    superhard nanocomposite coating    crystallite size    oxidation-resistance temperature 收稿日期: 2006-06-01      ZTFLH:  TG174.44   服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 郭岩 徐彬 吴贵智 马胜利 徐可为 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2007/V43/I2/159 [1]Ma S L,Xu K W,Jie W Q.J Vac Sci Technol,2004;22B:1694 [2]Veprek S.Appl Phys Lett,1995;66:2640 [3]Ma Q S,Ma S L,Xu K W.J Vac Sci Technol,2005;23A:12 [4]Ma S L,Xu K W.Acta Metall Sin,2004;40:669(马胜利，徐可为．金属学报，2004；40：669) [5]Lu Y H,Shen Y G,Zhou Z F,Li K Y.J Vac Sci Technol,2006;24A:340 [6]Archer NJ.Thin Solid Films,1981;80:221 [7]Rebenne H E,Bhot D G.Surf Coat Technol,1994;63:1 [8]Kim K H,Lee S H.Thin Solid Films,1996;283:165 [9]Subramanian C,Strafford K N.Wear,1993:165:85 [10]Matthes B,Broszeit E,Kloos K H.Surf Coat Technol,1993;57:97 [11]Helm D,Hochreiter R.Surf Coat Technol,1998;98:1553 [12]Ma D Y,Ma S L,Xu K W.Vacuum,2005;79:7 [13]Veprek S,Niederhofer A,Moto K,Bolom T,Mannling H D,Nesladek P,Dollinger G,Bergmaier A.Surf Coat Technol,2000;133-134:152 [14]Ma S L,Prochazka J,Karvankova P,Ma Q S,Niu X P,Ma D Y,Xu K W.Surf Coat Technol,2005;194:143 [15]Guo Y,Chang G R,Ma S L,Xu K W.Acta Metall Sin,2005;41:985(郭岩，畅庚榕，马胜利，徐可为．金属学报，2005；41：985) [16]Guo Y,Chang G R,Ma S L,Xu K W.Acta Metall Sin,2006;42:172(郭岩，畅庚榕，马胜利，徐可为．金属学报．2006；42：172) [17]Berlind T,Hellgren N,Johansson M P,Hultman L.Surf Coat Technol,2001;141:145 [18]Jeon J H,Choi S R,Chung W S,Kim K H.Surf Coat Technol,2004;188-189:415 [1] 李福林, 付锐, 白云瑞, 孟令超, 谭海兵, 钟燕, 田伟, 杜金辉, 田志凌. 初始晶粒尺寸和强化相对GH4096高温合金热变形行为和再结晶的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 855-870. [2] 沈朝, 王志鹏, 胡波, 李德江, 曾小勤, 丁文江. 镁合金抗高温氧化机理研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(3): 371-386. [3] 赵晓峰, 李玲, 张晗, 陆杰. 热障涂层高熵合金粘结层材料研究进展[J]. 金属学报, 2022, 58(4): 503-512. [4] 原家华, 张秋红, 王金亮, 王灵禺, 王晨充, 徐伟. 磁场与晶粒尺寸协同作用对马氏体形核及变体选择的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(12): 1570-1580. [5] 皮慧龙, 石小磊, 徐兴祥. SiZr液相烧结法制备SiC-ZrC涂层对C/SiC复合材料抗氧化性能的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(6): 791-796. [6] 李晓倩, 王富国, 梁爱民. 喷涂工艺对Ta2O5原位复合钽基纳米晶涂层微观结构及摩擦磨损性能的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(2): 237-246. [7] 李天昕, 卢一平, 曹志强, 王同敏, 李廷举. 难熔高熵合金在反应堆结构材料领域的机遇与挑战[J]. 金属学报, 2021, 57(1): 42-54. [8] 张守清, 胡小锋, 杜瑜宾, 姜海昌, 庞辉勇, 戎利建. 海洋平台用Ni-Cr-Mo-B超厚钢板的截面效应[J]. 金属学报, 2020, 56(9): 1227-1238. [9] 许占一, 沙玉辉, 张芳, 章华兵, 李国保, 储双杰, 左良. 取向硅钢二次再结晶过程中的取向选择行为[J]. 金属学报, 2020, 56(8): 1067-1074. [10] 和淑文, 王鸣华, 白琴, 夏爽, 周邦新. WC-TiC-TaC-Co硬质合金中TaC含量对其显微组织和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2020, 56(7): 1015-1024. [11] 华涵钰,谢君,舒德龙,侯桂臣,盛乃成,于金江,崔传勇,孙晓峰,周亦胄. W含量对一种高W镍基高温合金显微组织的影响[J]. 金属学报, 2020, 56(2): 161-170. [12] 宫声凯, 尚勇, 张继, 郭喜平, 林均品, 赵希宏. 我国典型金属间化合物基高温结构材料的研究进展与应用[J]. 金属学报, 2019, 55(9): 1067-1076. [13] 李鑫,董月成,淡振华,常辉,方志刚,郭艳华. 等通道角挤压制备超细晶纯Ti的腐蚀性能研究[J]. 金属学报, 2019, 55(8): 967-975. [14] 李斌, 林小辉, 李瑞, 张国君, 李来平, 张平祥. 不同B含量Mo-Si-B合金的高温抗氧化性能[J]. 金属学报, 2018, 54(12): 1792-1800. [15] 梅益, 孙全龙, 喻丽华, 王传荣, 肖华强. 基于GA-ELM的铝合金压铸件晶粒尺寸预测[J]. 金属学报, 2017, 53(9): 1125-1132. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed