磁控濺射制備CrN-ZrN多層梯度薄膜以及微觀結構和力學性能研究.pdf

1、天津師范大學碩士學位論文磁控濺射制備CrNZrN多層梯度薄膜以及微觀結構和力學性能研究姓名：劉峰申請學位級別：碩士專業(yè)：凝聚態(tài)物理指導教師：李德軍20040501中文摘要能。利用納米硬度計對高速鋼和鍍有CrN／ZrN多層梯度薄膜的樣品進行納米硬度測試，測試結果表明：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4倍；比ZrN和CrN單質薄膜提高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到5647Opa；在反應氣體為N2，流量為08sccm的條件下制備的薄膜硬度最高達到4839GPa，實現(xiàn)了超硬效應。結合XRD結果，混和晶相的出現(xiàn)和結晶取向的多元化，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，多層膜在外延生長過程中，為了實現(xiàn)晶格匹配，晶格常數(shù)大的ZrN調制層受到壓應力，而晶格常數(shù)相對較小的CrN層受到拉應力，形成以多層膜調制周期

3、長度為周期的交變應力場。交變應力場所造成的畸變能使位錯穿過調制界面和調制層的阻力增加，這也是多層膜硬度增加的原因之一。劃痕實驗表明：衡量結合強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因素有關。就我們制備的CrN／ZrN多層梯度膜來說，硬度在30～50GPa范圍內、過渡層為純cr和表面粗糙度小的薄膜臨界載荷值比較高，薄膜與基底結合較好，比ZrN和CrN單質薄膜提高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)對薄膜表面形貌的觀測證明，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。以上研究結果證明，用非平衡直流磁控雙靶交替反應濺射方法，可以制備CrN／ZrN多層梯度薄膜，通過改變薄膜制備中的反應氣體種類和流量等工藝參數(shù)，可以控制薄膜的結構特征和化學組分，從而達到提高薄膜機械性能、摩擦磨損性能和界面結合強度的目的，為開發(fā)CrN／ZrN多層梯度薄膜在實際中的應用