磁控濺射制備CrN-ZrN多層梯度薄膜以及微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能研究.pdf

1、天津師范大學(xué)碩士學(xué)位論文磁控濺射制備CrNZrN多層梯度薄膜以及微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能研究姓名：劉峰申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：凝聚態(tài)物理指導(dǎo)教師：李德軍20040501中文摘要能。利用納米硬度計(jì)對(duì)高速鋼和鍍有CrN／ZrN多層梯度薄膜的樣品進(jìn)行納米硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：沉積的CrN／ZrN多層梯度薄膜表面硬度比高速鋼基底有了顯著提高，提高幅度最高可達(dá)4倍；比ZrN和CrN單質(zhì)薄膜提高2倍。其中在N2流量保持06$C℃Ill，NH3流量為O2

2、3$ccctn的條件下，制備的薄膜硬度值最高達(dá)到5647Opa；在反應(yīng)氣體為N2，流量為08sccm的條件下制備的薄膜硬度最高達(dá)到4839GPa，實(shí)現(xiàn)了超硬效應(yīng)。結(jié)合XRD結(jié)果，混和晶相的出現(xiàn)和結(jié)晶取向的多元化，使薄膜更加致密，是硬度提高的主要原因。在CrN／ZrN多層梯度膜中，由于晶格常數(shù)存在差異，多層膜在外延生長(zhǎng)過程中，為了實(shí)現(xiàn)晶格匹配，晶格常數(shù)大的ZrN調(diào)制層受到壓應(yīng)力，而晶格常數(shù)相對(duì)較小的CrN層受到拉應(yīng)力，形成以多層膜調(diào)制周期

3、長(zhǎng)度為周期的交變應(yīng)力場(chǎng)。交變應(yīng)力場(chǎng)所造成的畸變能使位錯(cuò)穿過調(diào)制界面和調(diào)制層的阻力增加，這也是多層膜硬度增加的原因之一。劃痕實(shí)驗(yàn)表明：衡量結(jié)合強(qiáng)度的臨界載荷的大小與薄膜的硬度，薄膜與基底之間的過渡層以及薄膜表面粗糙程度等多項(xiàng)因素有關(guān)。就我們制備的CrN／ZrN多層梯度膜來說，硬度在30～50GPa范圍內(nèi)、過渡層為純cr和表面粗糙度小的薄膜臨界載荷值比較高，薄膜與基底結(jié)合較好，比ZrN和CrN單質(zhì)薄膜提高2倍以上。所制薄膜的摩擦系數(shù)較小，在

4、O054)1之間。通過原予力顯微鏡∽M)對(duì)薄膜表面形貌的觀測(cè)證明，在最佳氣體流量范圍條件下制備的薄膜表面粗糙度相對(duì)較低，這也是造成摩擦系數(shù)較小的主要原因之一。以上研究結(jié)果證明，用非平衡直流磁控雙靶交替反應(yīng)濺射方法，可以制備CrN／ZrN多層梯度薄膜，通過改變薄膜制備中的反應(yīng)氣體種類和流量等工藝參數(shù)，可以控制薄膜的結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)組分，從而達(dá)到提高薄膜機(jī)械性能、摩擦磨損性能和界面結(jié)合強(qiáng)度的目的，為開發(fā)CrN／ZrN多層梯度薄膜在實(shí)際中的應(yīng)用