选择性氧化诱导的 Zr/Nb 纳米多层膜强化
材料科学
2016-09-23 v1
摘要
本文提出了一种基于纳米金属多层膜可控氧化的新方法，以制备具有高强度和良好热稳定性的强韧氧化物/金属纳米复合涂层。该方法通过对溅射的 Zr/Nb 纳米金属多层膜进行长期退火，并结合分析透射电子显微镜、纳米力学测试和有限元模型研究其微观结构和力学性能的演变来证实。沉积态多层膜在空气中进行 350 C 退火，时间介于 1 至 336 小时之间。退火 15 小时后，弹性模量增加了约 20%，硬度增加了约 42%。更长的退火时间未导致硬度变化，尽管弹性模量在 336 小时后增加了至多 35%。hcp Zr 层迅速转变为单斜 ZrO2（在最初 15 小时内），而 Nb 层以低得多的速率从顶表面向基底逐步氧化，形成非晶氧化相。Zr 和 Nb 层的顺序氧化是氧化在不破坏多层结构和涂层不发生剥落的情况下发生的关键，因为金属 Nb 层的塑性变形允许部分释放由于 Zr 层氧化时体积膨胀而产生的残余应力。此外，如有限元模拟所揭示，残余应力的发展引起了与退火时间相关的力学性能的进一步变化。
引用
@article{arxiv.1609.06882,
title = {Selective oxidation-induced strengthening of Zr/Nb nanoscale multilayers},
author = {M. A. Monclús and M. Callisti and T. Polcar and L. W. Yang and J. LLorca and J. M. Molina-Aldareguía},
journal= {arXiv preprint arXiv:1609.06882},
year = {2016}
}