TiAlN涂層強流脈沖電子束表面改性研究.pdf

1、TiAlN涂層強流脈沖電子束(High Current Pulsed electron Beam, HCPEB)表面處理技術(shù)的應(yīng)用引起人們的重視，但對轟擊處理后涂層的成分、晶體結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)的研究較少。本課題通過實驗分析TiAlN涂層HCPEB前后的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的變化，并結(jié)合基于密度泛函理論的第一性原理計算研究涂層成分、晶體結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)對材料力學(xué)性能的影響。
　　對TiAlN涂層進(jìn)行不同工藝參數(shù)的HCPEB處理，采用SEM

2、對處理前后涂層的表面和斷面形貌進(jìn)行觀察，并利用 EDS對其進(jìn)行成分分析。采用 XRD對轟擊前后TiAlN涂層進(jìn)行物相檢測，通過X射線外標(biāo)法測量轟擊前后TiAlN的晶格常數(shù)，采用2θ—sin2ψ法對HCPEB轟擊前后的TiAlN涂層殘余應(yīng)力測量，運用納米壓痕技術(shù)，對 HCPEB轟擊前后的 TiAlN涂層進(jìn)行力學(xué)性能測量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)HCPEB處理后涂層中的柱狀晶晶界變得模糊甚至消失，轟擊前后涂層中 Ti、Al原子比基本不變；經(jīng)HCPEB處理

3、后沒有新物相產(chǎn)生，對比未處理TiAlN涂層的晶格常數(shù)（4.1780）經(jīng)HCPEB轟擊后晶格常數(shù)都不同程度的減小，處理后晶格常數(shù)變化從4.1627~4.1749不等；未處理涂層的殘余壓應(yīng)力為243.77 MPa，經(jīng)HCPEB轟擊后TiAlN涂層的壓應(yīng)力在90.98~532.65 MPa之間變化，而且隨著HCPEB沉積總能量的增加呈現(xiàn)升高-降低-升高-降低-再升高的趨勢；未處理TiAlN涂層的納米硬度為28.174 GPa，經(jīng)HCPEB轟擊

4、后，隨著電子束沉積能量的增加呈增加趨勢，工藝參數(shù)為11.6KV-80A-20 times時涂層的力學(xué)性能最好。
　　第一性原理計算結(jié)果表明當(dāng)晶格常數(shù)在4.1627~4.1749變化時時，NaCl型的 Ti4Al4N8可以穩(wěn)定存在。力學(xué)性能的計算結(jié)果表明，不同晶格常數(shù)下 Ti4Al4N8的楊氏模量變化規(guī)律與實驗結(jié)果一致，HCPEB轟擊導(dǎo)致TiAlN涂層晶格常數(shù)改變是材料的力學(xué)性能發(fā)生變化的主要原因。對Ti3AlN4模型的計算結(jié)果可知