Cr-Al-N、Cr-Mo-N复合膜及CrN/Mo2N纳米多层膜的制备与性能研究

摘要

本论文采用反应磁控溅射制备了Cr-Al-N复合膜、Cr-Mo-N复合膜和CrN/Mo2N纳米多层膜，研究了不同Al含量对Cr-Al-N复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响；不同Mo含量对Cr-Mo-N复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响；并研究了纳米多层膜中不同调制周期对CrN/Mo2N多层膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响，讨论了多层膜的硬度强化机制。研究结果如下： 对Cr-Al-N复合膜的研究表明，Cr-Al-N复合膜具有面心立方结构，并且呈(111)衍射峰的择优取向；随着Al含量的增加，c-Cr-Al-N(111)衍射峰的位置向大角度逐渐偏移；在Al含量为62.50at.%时，出现h-AlN(100)衍射峰。随着Al含量的增加，晶粒尺寸逐渐减小，晶粒逐渐细化。在Al含量为57.02at.%时，显微硬度取得最大值37.82GPa，分析认为硬度升高是固溶强化和晶界强化共同作用的结果。随着Al含量的增加，Cr-Al-N复合膜的摩擦系数先减小后增大，磨损率具有与之相似的趋势。 对Cr-Mo-N复合膜的研究表明，Cr-Mo-N复合膜均具有类似于面心立方CrN薄膜的晶体结构，并且呈(111)衍射峰的择优取向；随着Mo含量的增加，由于形成置换固溶体，c-Cr-Mo-N(111)衍射峰的位置向小角度逐渐偏移。随着Mo含量的增加，Cr-Mo-N复合膜的显微硬度先增大后减小，并且在Mo含量为22.76at.%时取得最大值33.53GPa。Cr-Mo-N复合膜的摩擦系数逐渐减小，耐磨损性能逐渐增强，分析认为是在摩擦过程中Mo反应生成MoO3的结果。 对CrN/Mo2N多层膜的研究表明，不同调制周期的CrN/Mo2N多层膜均出现了宽化的衍射峰，只存在CrN相。随着调制周期的增加，CrN/Mo2N多层膜的显微硬度先增大后减小，并且在在调制周期为18nm时取得最大值35.58GPa。分析认为Hall-Petch强化不起作用，模量差异强化不是主要原因，多层膜硬度的升高主要是由于协调应变强化。随着调制周期的增加，CrN/Mo2N多层膜的摩擦系数先减小后增大，在调制周期为18nm时，摩擦系数取得最小值0.4755。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪 论

第2章 薄膜的制备与表征

第3章 Cr-Al-N 复合膜的微结构与力学性能研究

第4章 Cr-Mo-N 复合膜的微结构与力学性能研究

第5章 CrN/Mo2N 纳米多层膜微结构与力学性能研究

结论

参考文献

致谢