《納米複合硬質塗層中非晶組織的控制與致韌機理研究》是依託東南大學，由張旭海擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米複合硬質塗層中非晶組織的控制與致韌機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張旭海
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高硬度與韌性難以兼得是高硬度、超高硬度塗層長期面臨的瓶頸問題。現有研究表明構造納米晶/非晶複合硬質塗層可成為解決這一問題的有效途徑。但此類塗層致韌機理尚不明確，且相關研究大多集中在納米晶、納米晶與非晶晶界中，導致塗層中非晶的選擇、設計和控制具有一定的盲目性。基於此，本項目從非晶的新角度出發，以複合不同類型、不同尺寸非晶的TiN系硬質塗層為研究對象，以塗層中非晶的形變機制為切入點，以原位微區觀察和實時原位微區觀察為主要研究手段，明晰非晶種類和尺寸等因素對塗層韌性的影響，結合分子動力學計算，探索非晶在納米複合硬質塗層中的致韌機理，並在此基礎上提出納米複合硬質塗層性能（硬度和韌性）最佳化綜合策略。這不僅對推進我國高硬高韌塗層的發展具有重大現實意義，且將促進材料學和理論數值模擬的相互交叉滲透發展，豐富相關研究鄰域的基礎理論，具有重大學術價值。
結題摘要
本文通過磁控濺射方法，製備了非晶SiNx、非晶C、TiN、TiCN、TiAlN、TiAlCN、 CrSiN和TiSiN系列塗層，研究了各工藝參數（功率、偏壓、氮流量和時間等）和沉積手段（多層沉積工藝、共沉積工藝）對上述塗層成分和結構的影響，通過XRD、SEM、TEM、XPS、顯微硬度計、納米壓痕儀等手段對薄膜微觀結構、力學性能（硬度、彈性模量、韌性、摩擦係數）進行了表征。同時利用計算機模擬技術對薄膜在納米壓痕條件下的形變過程進行了模擬。 試驗結果表明：（1）利用功率、偏壓、氮流量和時間等工藝參數可以對薄膜結構（厚度、晶體取向和各相分布）進行有效調控。（2）壓應力是薄膜增韌的重要影響因素，單相薄膜厚度同韌性有一定相關性。具有非晶碳相的納米複合TiCN薄膜以及TiAlCN薄膜具有良好的韌性。TiAlCN薄膜還呈現大於40GPa的超硬性能。（3）計算機模擬表明納米壓痕條件下層狀、柱狀和三維複合TiN/SiN塗層的最大應力區域可以被第二相分割碎化，甚至降低，這有利於抑制裂紋擴展，從而提高薄膜韌性。相對TiN相，非晶SiNx載入條件下承受更大的應力，更易開裂誘發失效。因此減小非晶尺寸有利於抑制非晶相裂紋災難性擴展，達到薄膜增韌效果.
