研究目的
研究AlN层厚度对TiAlN/AlN多层膜微观结构及硬度、粗糙度、摩擦学性能等的影响，并探究其强化机制。
研究成果
当AlN层厚度为3.2纳米时，TiAlN/AlN多层膜展现出更优性能：硬度达到最大值（30.98吉帕）、粗糙度降至最低（20.2纳米）、摩擦系数最小（0.61）。这些改进归因于模板效应下的共格外延生长、交替应力强化以及界面位错阻碍作用。该最优厚度平衡了外延生长与界面锐度，为工具应用领域高性能涂层设计提供了依据。
研究不足
该研究仅限于304不锈钢基体上的TiAlN/AlN多层膜；结果可能不适用于其他材料或涂层体系。所测试的调制周期和厚度具有特定性，在3.2纳米AlN厚度时发现了最佳性能，但未充分探究此范围之外的变化。使用特定设备与条件（如磁控溅射参数）可能影响重现性。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用磁控溅射系统沉积具有不同调制周期的TiAlN/AlN多层膜，以探究AlN层厚度对微观结构和性能的影响。分析时参考了Koehler模量差强化理论和Hall-Petch关系理论等理论模型。
2：样品选择与数据来源：
试样采用尺寸为Ф20mm×3mm的304不锈钢制备，使用超声波清洗器在丙酮溶液中抛光清洗30分钟。
3：实验设备与材料清单：
设备包括磁控溅射系统（JCP-350M2）、X射线衍射仪（Rigaku，CuKα辐射源）、原子力显微镜（CSPM-5000）、维氏硬度计（HXD-1000TMB）和磨损试验机（MRH-3）。材料包括TiAl靶和Al靶（TiAl原子比1:1，纯度99.9%的Al）、Ar和N2气体，以及作为对磨材料的Al2O3球。
4：2）、X射线衍射仪（Rigaku，CuKα辐射源）、原子力显微镜（CSPM-5000）、维氏硬度计（HXD-1000TMB）和磨损试验机（MRH-3）。材料包括TiAl靶和Al靶（TiAl原子比
4. 实验步骤与操作流程：首先沉积薄TiAlN层以增强附着力。通过交替沉积TiAl和Al靶并控制时间实现特定厚度来制备多层膜。沉积速率TiAlN为0.15 nm/s，AlN为0.14 nm/s。表征手段包括：XRD分析相组成、AFM测量粗糙度、10g载荷和10s保压时间的硬度测试、8N载荷和5Hz频率的摩擦学测试。
5：9%的Al）、Ar和N2气体，以及作为对磨材料的Al2O3球。 实验步骤与操作流程：
5. 数据分析方法：XRD数据采用布拉格方程计算晶面间距。硬度和摩擦系数直接从测试中获取，并取多次测量平均值（如每个试样五次AFM扫描）。
独家科研数据包，助您复现前沿成果，加速创新突破
获取完整内容-
magnetron sputtering system
JCP-350M2
Used for depositing TiAlN/AlN multilayers on stainless steel substrates.
-
X-ray diffractometer
Rigaku
Used to observe phase composition of coatings with CuKα radiation.
-
atomic force microscopy
CSPM-5000
Used to investigate roughness and morphology of coatings.
-
Vicker hardness tester
HXD-1000TMB
Used to measure hardness of nanocomposites.
-
wear tester
MRH-3
Used to detect tribological performances of coatings.
-
ultrasonic cleaner
Used to clean specimens in acetone solution.
-
Al2O3 ball
Used as counterparts in tribological tests.
-
登录查看剩余5件设备及参数对照表
查看全部
