磁控濺射復(fù)合金屬氮化物薄膜和納米多層膜的摩擦磨損性能.pdf

1、過(guò)渡族金屬氮化物納米復(fù)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(zhǎng)其使用壽命,在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景.以此為研究背景,為了進(jìn)一步改善薄膜的摩擦學(xué)性能,本文采用直流磁控濺射技術(shù)制備Ti-si-N納米復(fù)合膜及Cr-W-N、Cr-Mo-N系列薄膜,研究了不同工藝參數(shù)對(duì)于薄膜的微結(jié)構(gòu)、膜基結(jié)合狀況及摩擦學(xué)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(guò)磁控濺射鑲嵌式復(fù)合靶制備了不同硅含量的Ti-Si-N納米復(fù)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(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、表面和截面形貌及化學(xué)成分進(jìn)行了分析,并用涂層附著力自動(dòng)劃痕儀(WS-2003)和球一盤式微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(WTM-1E)評(píng)估了納米復(fù)合膜的結(jié)合力和薄膜在潮濕空氣和真空中的摩擦學(xué)性能,討論了濺射氣壓和硅含量對(duì)于

3、薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和性能的影響.結(jié)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(jié)構(gòu),濺射氣壓的增大導(dǎo)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(jié)合力和摩擦學(xué)性能惡化.而Si含量的增加有助于改善薄膜的摩擦學(xué)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(guò)改變轉(zhuǎn)架臺(tái)轉(zhuǎn)速以改變薄膜的結(jié)構(gòu).采用XRD、SEM對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、截面和表面形貌進(jìn)行表征,并用洛氏硬度計(jì)

4、(HR-150A)和劃痕儀(TEER ST-30)評(píng)估薄膜的膜基結(jié)合狀況,用球-盤式微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試薄膜的摩擦學(xué)性能.結(jié)果發(fā)現(xiàn),Cr-W-N系列薄膜中同時(shí)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(jìn)入CrN晶格中,形成置換固溶體.轉(zhuǎn)速對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和性能具有很大的影響,在轉(zhuǎn)速不大于2rpm時(shí),薄膜形成多層膜結(jié)構(gòu),而在4 rpm時(shí),則轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合膜的結(jié)構(gòu).轉(zhuǎn)速為2 rpm下制備的多層膜對(duì)應(yīng)