磁控濺射復合金屬氮化物薄膜和納米多層膜的摩擦磨損性能.pdf

1、過渡族金屬氮化物納米復合膜和多層膜具有高硬度和高溫抗氧化性等優(yōu)良的綜合性能,能顯著改善切削工具的切削性能和模具的耐磨性能,延長其使用壽命,在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應用前景.以此為研究背景,為了進一步改善薄膜的摩擦學性能,本文采用直流磁控濺射技術制備Ti-si-N納米復合膜及Cr-W-N、Cr-Mo-N系列薄膜,研究了不同工藝參數(shù)對于薄膜的微結構、膜基結合狀況及摩擦學性能的影響,以尋求最佳的薄膜制備工藝. 在特定的基底溫度、偏

2、壓、濺射功率下,通過磁控濺射鑲嵌式復合靶制備了不同硅含量的Ti-Si-N納米復合膜.采用X射線衍射儀(XRD)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、原子力顯微鏡(AFM)對薄膜的微觀結構、表面和截面形貌及化學成分進行了分析,并用涂層附著力自動劃痕儀(WS-2003)和球一盤式微摩擦磨損試驗機(WTM-1E)評估了納米復合膜的結合力和薄膜在潮濕空氣和真空中的摩擦學性能,討論了濺射氣壓和硅含量對于

3、薄膜的結構、形貌和性能的影響.結果表明,Ti-Si-N薄膜為納米相的TiN鑲嵌于非晶態(tài)的Si<,3>N<,4>基體中的結構,濺射氣壓的增大導致薄膜中柱狀晶的出現(xiàn),薄膜致密度下降,表面粗糙度增加,結合力和摩擦學性能惡化.而Si含量的增加有助于改善薄膜的摩擦學性能. 采用純金屬靶共濺射制備了Cr-W-N、Cr-Mo-N系列薄膜,通過改變轉架臺轉速以改變薄膜的結構.采用XRD、SEM對薄膜的結構、截面和表面形貌進行表征,并用洛氏硬度計

4、(HR-150A)和劃痕儀(TEER ST-30)評估薄膜的膜基結合狀況,用球-盤式微摩擦磨損試驗機測試薄膜的摩擦學性能.結果發(fā)現(xiàn),Cr-W-N系列薄膜中同時存在CrN和W<,2>N兩相,Cr-Mo-N系列薄膜中僅存在CrN相,Mo原子以置換原子形式進入CrN晶格中,形成置換固溶體.轉速對薄膜的結構和性能具有很大的影響,在轉速不大于2rpm時,薄膜形成多層膜結構,而在4 rpm時,則轉變?yōu)閺秃夏さ慕Y構.轉速為2 rpm下制備的多層膜對應