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Influence of boron contents on properties of almgb films prepared by RF magnetron sputtering

Rare Metals 2012年第2期31卷 164-167页

作者： Qu, Wenchao Wu, Aimin Wu, Zhanling Bai, Yizhen Jiang, Xin School of Materials Science and Engineering Dalian University of Technology Dalian 116024 China School of Physics and Optoelectronic Technology Dalian University of Technology Dalian 116024 China Institute of Materials Engineering University of Siegen Siegen D-57076 Germany

Ternary almgb thin films were synthesized on silicon (100) substrate at 573 K by radio frequency (RF) magnetron sputtering method using one Al/Mg co-target and one boron target. The thickness of the as-deposited thin film was controlled to 500 nm by adjusting deposition time. The influences of sputtering powers on the elemental contents and structural and mechanical properties were investigated by electron probe microanalysis (EPMA), X-ray diffraction (XRD), high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), and nanoindentation system. At the same time, the ball-on-disk tribometer was used to measure the friction behavior of the films. Experimental results indicate that the as-deposited boron-rich films are primarily amorphous structure and possess a dramatic high hardness up to 39 GPa with 99.03 at.% boron. Obviously, it has exceeded the hardness value of 32 GPa of pure almgb 14 bulk material prepared by sintering method. Furthermore, the friction coefficients of the thin films exhibit an average value as low as 0.3, which is considered as the effect of self-lubricating.

关键词： almgb magnetron sputtering elemental content properties

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电场激活压力辅助合成制备Ti/TiAl/（TiC-TiB2）pNi功能梯度材料的耐磨性研究

电场激活压力辅助合成制备Ti/TiAl/（TiC-TiB2）pNi功能梯度材料...

引用

作者：薛鹏飞太原理工大学

学位级别：硕士

本文采用电场(直流)激活压力辅助燃烧合成法(Field-Activated and Pressure-Assisted Combustion Synthesis, FAPAS)技术制备了Ti-C-Ni和Ti-B4C-Ni体系梯度功能材料(Functionally Gradient Materials, FGMs)以及almgb体系复合材料。采用SEM、EDS、XRD、TEM研究了梯度材料陶瓷层TiC-Ni、(TiC-TiB2)pNi和almgb体系复合材料的显微组织结构。利用M1-10型磨料磨损试验机、MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试样机研究了制备材料的摩擦学特性。研究结果表明：烧结合成的TiC-Ni金属陶瓷反应充分,组织致密,TiC颗粒在Ni基体分布均匀,尺寸约2-3μm。TiC颗粒与基体Ni的界面处结合紧密,没有缺陷、杂质或其他中间相存在。合成的(TiC-TiB2)pNi复相陶瓷中只有TiC、TiB2及Ni相存在。TiC和TiB2颗粒的平均粒度约为1μm, TiB2多以六边形存在,TiC呈矩形或椭圆形,颗粒均匀分布在Ni基体中,最高显微硬度达到2450HV。合成的almgb体系复合材料,主体相为Alo.7sMg0.75B14,另外伴有尖晶石(MgAl2O4)、Mg0.5AlB14、Al5MgB14,最高显微硬度达到3400HV。甲醇做保护可以有效的防止球磨过程中Mg和A1氧化。合成的almgb复合材料中不存在尖晶石(MgAl2O4),只有almgb14和Al0.5MgB14。陶瓷颗粒含量,荷载对镍基TiC陶瓷层常温耐磨性能的影响结果表明：TiC-Ni金属陶瓷的耐磨性并不是随陶瓷颗粒含量的增加而增加,最佳耐磨效果为TiC质量含量为70%。随着载荷的增加,磨损率也增加。常温时磨损机制为磨粒磨损。陶瓷颗粒含量、载荷、滑动速度、温度对Ni基金属陶瓷层的耐磨性能的影响结果揭示了摩擦条件对摩擦磨损影响的规律。研究结果表明：(TiC-TiB2)pNi复相陶瓷在空气中呈良好的高温自润滑特性,其高温磨损主要机理是高温摩擦氧化,产物以Ti8C5、TiO、TiO2、Fe2O3、B2O3为主。生成的Fe2O3、TiO2、B2O3氧化膜有很好的润滑作用,随环境温度的增加,复相陶瓷的高温摩擦系数及磨损率均降低;磨损机制由磨粒磨损转为摩擦氧化和黏着磨损。随载荷的增加摩擦系数存在突变点,120N时摩擦系数降至0.18,随后变化不大。磨损机制由磨粒磨损转为摩擦氧化和断裂。摩擦速度对磨损率和摩擦系数的影响与载荷有相同的趋势。比较了复相陶瓷和硬质合金的耐磨性,复相陶瓷磨损率仅是硬质合金的1/6。

关键词： (TiC-TiB2)pNi almgb 金属陶瓷摩擦磨损高温摩擦氧化

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