硬质TaSiN涂层的高温力学性能与微观结构
应用物理
2020-08-27 v1 材料科学
摘要
采用纳米压痕（25℃至500℃之间）测量了反应磁控溅射TaSiN涂层的室温与高温力学性能。采用微柱劈裂法在类似温度范围内评估了断裂韧性。通过X射线衍射（XRD）与透射电子显微镜（TEM）分析，考察了氮浓度对高温测试前后TaSiN涂层演化相与微观结构的影响。XRD谱显示宽峰，以六方-Ta2N为主相，较高N含量时出现立方-TaN相。相组成在500℃测试前后保持不变。然而，高温测试后TEM分析显示存在氧化表层，其厚度随N含量增加而减小（从42降至15 nm），源于残余氧扩散取代氮形成非晶SiOx。在富氧表层之下，涂层呈现稳定的纳米晶柱状微观结构。硬度与断裂韧性随N含量增加而提高，起初由于晶界处非晶Si-N组织的形成，在更高N含量时则由于硬质立方-TaN相的出现。500℃硬度仅下降15%，而断裂韧性呈相反趋势，源于塑性随温度增加。最优成分为Ta55Si10N35，其在500℃保持30 GPa硬度且韧性最高。这些观察使该系统对高温应用极具兴趣。
引用
@article{arxiv.2007.14693,
title = {High temperature mechanical properties and microstructure of hard TaSiN coatings},
author = {M. A. Monclús and L. Yang and I. López-Cabañas and M. Castillo-Rodríguez and A. Zaman and J. Wang and E. I. Meletis and R. González-Arrabal and J. LLorca and J. M. Molina-Aldareguía},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.14693},
year = {2020}
}