免费论文：原位化学气相沉积制备氮化钛和铝硅涂层及其性能研究

氮化钛薄膜的结构通常由金属键和共价键混合而成，具有金属晶体和共价晶体的特点：高熔点、高硬度、优良的热和化学稳定性、优异的导电性和金属反射比。因此，氮化钛涂层既可以作为一种耐磨及硬质薄膜而广泛用于各种切削工具、机械零部件，也可以作为各种装饰薄膜应用于装饰行业，还可以作为Cu和Si之间的扩散阻挡层。航空航天系统的快速发展对材料的要求不断提高，镍基合金材料由于其高熔点、低密度及优良的高温强度，成为未来高性能燃气涡轮发动机材料最有力的竞争者。但是镍及其合金的高温抗氧化能力不够理想，使得它在热环境中的应用受到了限制。因此发展高温防护涂层技术成为高温合金应用的主要方向。铝化物涂层具有良好的热稳定性，其表面形成的Al2O3能有效阻止氧向基体内部扩散，一种良好的高温抗氧化涂层。本课题利用原位化学气相沉积在K3镍基高温合金基体上分别制备了两种不同用途的涂层：TiN和Al-Si涂层。借助XRD、扫描电镜、能谱等手段对试样表面、截面进行了观察分析，并研究了两种涂层各自相关的性能。对于氮化钛涂层，借助于SEM及EDS等手段，对沉积温度为600℃条件下得到的涂层进行了表面、截面形貌及成分分析，结果发现涂层成分单一且厚度均匀，大约为1.3μm，几乎不含有其他杂质及缺陷。通过进行磨损实验，证实了TiN涂层可以显著提高被涂覆材料的抗磨损性能。探讨了沉积温度对于涂层耐磨性能的影响，发现当其它工艺条件不变时，通过提高反应温度，涂层的耐磨性能增强；但是，当反应温度超过一定范围时（>600℃），其耐磨性能又会下降。分析了氮化钛涂层的耐腐蚀性能，经过30天的侵蚀实验，涂覆TiN后的K3基体表现出了良好的耐腐蚀性能，在含5%NaCl的盐雾腐蚀气氛中，其抗腐蚀表现优于不锈钢。系统研究了铝硅涂层内腔渗的制备工艺，利用原位化学气相沉积法（In-situ CVD）成功在K3镍基高温合金材料工件的内表面制备了Al-Si涂层。并得到了优化的工艺参数：1.反应粉料配比：Al（2.6wt.%）、Si（15wt.%）、Al2O3（78.4wt.%）和NH4Cl（4wt.%）；2.沉积温度：1000℃；3.恒温时间：10h。XRD、SEM及EDS分析结果表明，制备的Al-Si涂层成分及厚度均匀，大约为60μm，主要由NiAl相和Ni2Al3相构成。研究了铝硅涂层1050℃/100小时的静态高温抗氧化性能，结果表明铝硅涂层较原始试样，抗高温氧化性能大幅度提高。借助于SEM对试样进行了表面及截面形貌观察，随着氧化的进行，表面生成连续致密的Al2O3膜，且与基体合金粘附性良好。

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