金属学报  2008, Vol. 44 Issue (2): 193-197

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反应磁控溅射 TiN/AlON纳米多层膜的微结构与显微硬度

黄碧龙 吴昕蔚 孔 明 李戈扬

(上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室; 上海 200030)

Microstructures and Mechanical Properties of TiN/AlON Nanomultilayers synthesized by Reactive Magnetron Sputtering

Bilong Li;;;Geyang Li

上海交通大学

黄碧龙; 吴昕蔚; 孔明; 李戈扬 . 反应磁控溅射 TiN/AlON纳米多层膜的微结构与显微硬度[J]. 金属学报, 2008, 44(2): 193-197 .
, , , . Microstructures and Mechanical Properties of TiN/AlON Nanomultilayers synthesized by Reactive Magnetron Sputtering[J]. Acta Metall Sin, 2008, 44(2): 193-197 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(429 KB)   摘要: 采用Ti靶和Al2O3 靶在Ar、N2混合气氛中进行反应磁控溅射的方法，制备了一系列不同AlON层厚度的TiN/AlON纳米多层膜，利用X射线能量色散谱仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针研究了AlON的形成条件以及AlON调制层厚的改变对多层膜微结构和力学性能的影响。结果表明，在Ar 、N2混合气氛中对Al2O3进行溅射，N原子会部分取代Al2O3中的O原子，形成非晶态的AlON化合物。在TiN/AlON纳米多层膜中，由于TiN晶体层的模板效应，AlON层在厚度小于 0.6 nm时被强制晶化并与TiN形成共格外延生长结构，多层膜显示出最高硬度达40.5 GPa的超硬效应。进一步增加AlON的层厚，其生长模式由晶态向非晶态转变，破坏了多层膜的共格外延生长结构，多层膜的硬度随之降低。 关键词 ： TiN/AlON纳米多层膜,  外延生长,  非晶晶化,  力     Abstract：Ti and Al2O3 targets are used to prepare a series of TiN/AlON nanomultilayers in the gas mixture of Ar and N2 with reactive magnetron sputtering method. The formation conditions of AlON and the effects of thickness of AlON on microstructures and mechanical properties of the multilayers are evaluated and characterized by X-ray energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, high resolution transmission electron microscopy and nanoindentation. The investigations show that O atom in Al2O3 will be partially replaced with N atom when sputtering Al2O3 target in the gas mixture of Ar and N2, forming amorphous AlON. In TiN/AlON nanomultilayers, when thickness of AlON is less than 0.6nm, AlON, due to the template effect of TiN crystal layer, is forced to crystallize and grow epitaxially with TiN, and the multilayers begin to show superhardness effect with a highest Hv value of 40.5GPa. With further increase of the thickness of AlON, its growth mode changes from crystal to amorphous, therefore destroying the epitaxial structure of multilayeres and leading to a decreased hardness of multilayers. Key words： TiN/AlON nanomultilayers    epitaxial growth    crystallization    mechanical properties    reactive magnetron s 收稿日期: 2007-06-14      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 黄碧龙 吴昕蔚 孔明 李戈扬 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2008/V44/I2/193 [1]Layyous A A,Freinkel D M,Israel R.Surf Coat Technol, 1992;56:89 [2]Helmersson U,Todorova S,Barnett S A.J Appl Phys, 1987;62:481 [3]Sproul W D.Science,1996;273:889 [4]Sproul W D.Surf Coat Technol,1996;86-87:170 [5]Yashar P,Barnett S A,Hultman L,Sproul W D.J Mater Res,1999;14:3614 [6]Wei L,Mei F H,Shao N,Li G Y,Li J G.Acta Phys Sin, 2005;54:1742 (魏仑，梅芳华，邵楠，李戈扬，李建国．物理学报，2005；54：1742) [7]Wei L,Kong M,Dong Y S,Li G Y.J Appl Phys,2005; 98:074302 [8]Xiao W D,Jiang X.J Cryst Growth,2004;264:165 [9]Wang X D,Wang F M,Li W C.Mater Sci Eng,2003; A342:245 [10]Kim C,Qadri S B,Scanlon M R,Cammarata R C.Thin Solid Film,1994;240:52 [11]Zhang Z Y,Lagally M G.Science,1997;276:377 [12]Koehler J S.Phys Rev,1970;B2:547 [13]Kato M,Mori T,Schwartz L H.Acta Metall,1980;28: 285 [14]Anderson P M,Li C.Nanostruct Mater,1995;5:349 [15]Madan A,Kim I W,Cheng S C.Phys Rev Lett,1997;78: 1743 [1] 马德新, 赵运兴, 徐维台, 王富. 重力对高温合金定向凝固组织的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1279-1290. [2] 宫声凯, 刘原, 耿粒伦, 茹毅, 赵文月, 裴延玲, 李树索. 涂层/高温合金界面行为及调控研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1097-1108. [3] 张雷雷, 陈晶阳, 汤鑫, 肖程波, 张明军, 杨卿. K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1253-1264. [4] 毕中南, 秦海龙, 刘沛, 史松宜, 谢锦丽, 张继. 高温合金锻件残余应力量化表征及控制技术研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1144-1158. [5] 郑亮, 张强, 李周, 张国庆. 增/降氧过程对高温合金粉末表面特性和合金性能的影响：粉末存储到脱气处理[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1265-1278. [6] 杜金辉, 毕中南, 曲敬龙. 三联冶炼GH4169合金研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1159-1172. [7] 张健, 王莉, 谢光, 王栋, 申健, 卢玉章, 黄亚奇, 李亚微. 镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1109-1124. [8] 刘兴军, 魏振帮, 卢勇, 韩佳甲, 施荣沛, 王翠萍. 新型钴基与Nb-Si基高温合金扩散动力学研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 969-985. [9] 穆亚航, 张雪, 陈梓名, 孙晓峰, 梁静静, 李金国, 周亦胄. 基于热力学计算与机器学习的增材制造镍基高温合金裂纹敏感性预测模型[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1075-1086. [10] 李景仁, 谢东升, 张栋栋, 谢红波, 潘虎成, 任玉平, 秦高梧. 新型低合金化高强Mg-0.2Ce-0.2Ca合金挤压过程中的组织演变机理[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1087-1096. [11] 陈礼清, 李兴, 赵阳, 王帅, 冯阳. 结构功能一体化高锰减振钢研究发展概况[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1015-1026. [12] 李时磊, 李阳, 王友康, 王胜杰, 何伦华, 孙光爱, 肖体乔, 王沿东. 基于中子与同步辐射技术的工程材料/部件多尺度残余应力评价[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1001-1014. [13] 丁桦, 张宇, 蔡明晖, 唐正友. 奥氏体基Fe-Mn-Al-C轻质钢的研究进展[J]. 金属学报, 2023, 59(8): 1027-1041. [14] 袁江淮, 王振玉, 马冠水, 周广学, 程晓英, 汪爱英. Cr2AlC涂层相结构演变对力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 961-968. [15] 李小涵, 曹公望, 郭明晓, 彭云超, 马凯军, 王振尧. 低碳钢Q235、管线钢L415和压力容器钢16MnNi在湛江高湿高辐照海洋工业大气环境下的初期腐蚀行为[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 884-892. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed