高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射CrAlN薄膜的研究

目的通过掺杂适量Al元素来固溶强化Cr N薄膜,从而提高薄膜的抗氧化性能和热稳定性。方法采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备了Cr Al N薄膜,利用XRD、纳米压痕仪、应力仪、摩擦磨损试验机系统地研究了不同基体偏压对CrAlN涂层结构和力学性能的影响。结果所有CrAlN涂层均以fcc-(Cr,Al)N相为主,且随着基体偏压的增加,沿(111)晶面生长的衍射峰逐渐减弱,并向小角度偏移;薄膜压应力显著增加,最大值为-2.68GPa;薄膜硬度先上升后下降,在基体偏压为-30V时,硬度达到最大值22.3 GPa;H/E值和H~3/E~(*2)值随着基体偏压的增加,近似线性增大,当偏压为-120 V时,均达最大值0.11、0.21 GPa,同时摩擦系数和磨损率逐渐减小。结论当基体偏压为-120 V时,CrAlN薄膜具有最佳的耐磨性能,H/E和H~3/E~(*2)在一定程度上可评价涂层的耐磨性。     

N2流量比对复合磁控溅射Zr-B-N薄膜结构和性能的影响

目的 在反应沉积时补充金属离子,增加薄膜中金属氮化物硬质相的数量,优化复合磁控溅射Zr-B-N薄膜的制备工艺,揭示N2流量比（N2/(N2+Ar)）对Zr-B-N薄膜结构和性能的影响规律,进一步强化Zr-B-N纳米复合薄膜。方法 采用高功率脉冲磁控溅射和脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术沉积Zr-B-N薄膜,借助X射线衍射仪、能谱仪、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N2流量比对Zr-B-N薄膜成分、微观结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果 Zr-B-N薄膜具有典型的纳米复合结构,即BN非晶层包裹着ZrB2、Zr3N4、Zr2N、ZrN等纳米晶,所有Zr-B-N薄膜均沿（100）晶面择优生长。随着N2流量的增加,（100）晶面的衍射峰宽化加剧;薄膜硬度由36.2 GPa下降到21.0 GPa;膜/基结合力逐渐增强,临界载荷从34.8 N增加到55.8 N;摩擦系数逐渐增大。当N2流量比为42.9%时,摩擦系数相对较低,约为0.48,归因于薄膜内形成了沿（220）晶面生长的ZrN相,从而起到了良好的减摩作用。结论 当N2流量比为42.9%时,Zr-B-N薄膜具有纳米复合结构和良好的各项性能。     

热处理对Zr-B-N纳米复合涂层显微结构的影响

利用高功率脉冲和脉冲直流复合磁控溅射技术制备Zr-B-N涂层,研究沉积过程中的氮气流量和热处理温度对涂层显微结构的影响。采用电子探针显微分析仪、扫描电镜和X射线衍射仪对涂层的成分、断面形貌及结构进行观察和分析。结果表明:热处理温度为600℃时,涂层表面开始形成氧化膜,部分锆离子与氧反应生成(116)晶面取向的Zr_3O;在N_2流量为6 m L/min(标准状态)时,经热处理后涂层结构仍以非晶相为主;当氮气流量为10 m L/min时,随着热处理温度升高,涂层结构逐渐变得疏松,氧化反应加剧。氮分压越高制备的涂层结构越致密,抗氧化能力越强;当热处理温度达800℃时,涂层表面开始出现裂纹,部分涂层脱离基体,严重失效。     

氮气流量对直流磁控溅射Zr-B-O-N薄膜摩擦学行为的影响北大核心CSCD

通过向ZrB_2薄膜中添加N和O元素,利用纳米复合结构和"预氧化"机制有望提高薄膜韧性、耐磨性能和耐热能力,本文系统研究了氮气流量对Zr-B-O-N薄膜摩擦学行为的影响。采用直流反应磁控溅射技术研制了ZrB_2薄膜和不同成分的Zr-B-O-N薄膜,利用扫描电镜观察薄膜的表面形貌,销盘式摩擦试验机测试薄膜的摩擦磨损性能,分析磨损失效机理。研究结果表明:在ZrB_2薄膜中添加N和O元素后,耐磨性能得到明显提高,随着氮气流量的增加,薄膜表面质量越来越好。结合力学性能测试结果,发现硬度不是影响薄膜耐磨性能的唯一要素,H/E*值越大,薄膜抗磨损能力越强。当氮气流量比为5%时,尽管Zr-B-O-N薄膜硬度只有15 GPa,却具有最低的磨损率1. 65μm3/N·mm。该工作为定量探讨薄膜力学参量与抗磨损性能的关系提供了重要实验依据。