多主元(AlCrWTaTiNb)CxNy復合薄膜的制備及性能.pdf

1、自從“多主元高熵合金(HEA)”的設計理念被提出后，一些學者開始研究多主元碳氮化合物薄膜。由于薄膜中存在碳碳共價鍵、碳化物和氮化物、石墨相、以及碳氮化合物之間較大的應力失配，因此這些復合薄膜不僅摩擦系數(shù)低，而且硬度也很高。與石墨相比，無定形碳具有更高的硬度和低的摩擦系數(shù)，因此從理論上來說無定形碳與多組元碳氮化合物復合薄膜的性能更加優(yōu)越。在高速加工以及干摩擦過程中，低的摩擦系數(shù)能夠顯著降低接觸溫度，高的硬度能夠顯著提高涂層的耐磨性，因此研

2、究具有高硬度以及自潤滑性能的薄膜對顯著提高切削工具的性能和使用壽命具有重要意義。但是目前，對于無定形碳與多主元碳氮化合物復合薄膜研究甚少，對于其微觀結構、機械性能、電化學性能、高溫穩(wěn)定性等方面還不是很清楚，缺乏理論研究。
　　本文基于上述理念，采用多靶磁控濺射技術制備了(AlCrNbTaTiW)CxNy多主元化合物薄膜，并探究了不同工藝參數(shù)（碳靶功率、基底溫度、氮氣流量）對薄膜的化學成分、結構、微觀形貌、機械性能及電化學性能的影響

3、，對比了(AlCrWTaTiNb)Nx、(AlCrWTaTiNb)Cx及(AlCrWTaTiNb)CxNy三種化合物薄膜在這些方面的差異，得出如下結論:
　　1.當碳靶功率為0時，(AlCrWTaTiNb)CxNy復合薄膜為(220)擇優(yōu)取向的兩相FCC固溶體結構，表面形貌為獨特的三角形顆粒形狀。碳靶功率為50～150W時，(AlCrWTaTiNb)CxNy復合薄膜呈現(xiàn)單相FCC固溶體結構，表面形貌為典型的球形顆粒狀。當碳靶功率為

4、100W時，(AlCrWTaTiNb)CxNy復合薄膜的硬度和彈性模量達到最大，分別為23 GPa和290 GPa，對應的H3/E2也達到最大值0.147，此時薄膜具有最佳的摩擦性能。
　　2.基底溫度對(AlCrWTaTiNb)CxNy薄膜的晶體結構和表面形貌幾乎沒有影響，只是晶粒尺寸隨著基底溫度增加先減小后增加。當基底溫度為200℃時，薄膜的硬度和彈性模量達到最大值17.3 GPa和240 GPa。
　　3.隨著RN的增

5、加，(AlCrWTaTiNb)CxNy薄膜的沉積速率先增加后減小。當RN從0增加到30％時，(AlCrWTaTiNb) CxNy薄膜的表面形貌發(fā)生了有趣的變化:從球形顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)槿湎x狀，然后由蠕蟲狀變?yōu)槿切晤w粒狀，最后又變?yōu)榍蛐晤w粒。
　　4.通過比較(AlCrWTaTiNb)Cx、(AlCrWTaTiNb)Ny、(AlCrWTaTiNb)CxNy這三種多元化合物薄膜，(AlCrWTaTiNb)CxNy薄膜的硬度和彈性模量最大，腐