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本论文研究TiAlN硬质薄膜的氧化机理和抗氧化性能。采用非平衡磁控溅射技术在硬质合金基体上制备了TiAlN薄膜,并分别将试样在不同的氧化温度下进行半个小时的氧化处理。利用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X光电子能谱(XPS),显微硬度计、划痕仪和电子天平对薄膜的结构,成分和性能进行分析。实验结果发现,TiAlN薄膜的成分是Ti3AlN,随着氧化温度的升高,膜层在600℃时出现新的物相Ti6O11,该相在700℃减小,在800℃后消失。基体严重氧化的温度是始于800℃,从800℃开始,硬质合金基体与氧反应生成氧化物CoWO4。从600℃开始,试样在氧化后质量增加,随着氧化温度的上升,氧化速度加快,氧化后试样质量增加的速度加快。通过SEM观察断口发现,薄膜的厚度在1.8~2.6μm之间,室温下薄膜结构致密,没有发现粗大的柱状晶和孔洞,薄膜与基体结合良好,界面清晰,结合处连续致密,800℃以下的氧化对薄膜的断口形貌的影响不大,仍然致密,但是825℃以后膜层变得明显粗糙。通过XPS分析发现,在膜层表面,随着氧化温度的上升,铝元素和氧元素的含量上升,而氮元素和钛元素的含量下降,氧化温度达到最高的825℃时,表面主要为铝元素和氧元素,氮元素和钛元素变成微量;在室温下,膜层表面就已经存在大量的氧元素,随着温度的上升,铝元素在膜层的表面富集,被优先氧化生成Al2O3氧化层,连续、致密、稳定的Al2O3氧化层将薄膜与外界环境隔离,增加了氧原子向内扩散和钛原子向外扩散的难度,防止了薄膜和基体在高温下的持续氧化,对薄膜起保护作用;通过XPS分析还发现,氮化物在较低的氧化温度下存在,随着氧化温度的上升,氮化物不断分解,而各元素在高温氧化下最终都形成了氧化物,因此TiAlN薄膜的氧化过程实际上是氮化物分解和氧化物形成的过程。薄膜的显微硬度和膜-基结合力随着氧化温度的上升都呈下降的趋势。高温时薄膜的氧化速度加快,致密性变差,内应力增大是薄膜性能下降的主要原因。