Ar/N2气体比例对ZrN/WN纳米多层膜的结构和性能的影响

选择Zr和W的氮化物作为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统制备ZrN,WN及一系列的ZrN/WN多层薄膜.通过X射线衍射仪,俄歇电子能谱和纳米力学测试系统分析了该体系合成中Ar/N2气体比例对多层膜结构与机械性能的影响.结果表明多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当流量比FArFN2=5时W2N的(111)峰加强并出现(200)峰,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量以及膜基结合性能均达到最佳效果.     

TaN/NbN纳米多层膜的力学性能与耐磨性

采用反应溅射在多靶溅射仪上制备了调制周期小于 73 .2nm的一系列TaN/NbN纳米多层膜和TaN ,NbN单层薄膜 ,并采用透射电子显微镜、显微硬度计和凹坑研磨仪研究了薄膜的微结构、力学性能和耐磨性。结果表明 ,具有成分周期变化的TaN/NbN纳米多层膜在其调制周期为 2 3～ 17 0nm范围内产生硬度异常升高的超硬效应 ,最高硬度达到HK 5 1 0GPa ;磨损实验表明 ,TaN/NbN纳米多层膜耐磨性远高于TaN和NbN单层膜 ,其主要原因是调制结构中大量界面的存在 ,提高了薄膜的韧性。     

调制周期对TaN/VN纳米多层膜的影响

本研究选择钽和钒的氮化物作为个体层材料,利用射频磁控溅射系统制备TaN、VN及一系列的TaN/VN多层薄膜。通过XRD和纳米力学测试系统分析了该体系合成以后的晶体结构、调制周期对力学性能的影响。结果表明：多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为30 nm时TaN/VN多层膜达到最大硬度31 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、弹性模量以及耐磨性能均达到最佳效果。     

工作气压对TaN/VN纳米多层膜结构与机械性能的影响

本研究选择钽和钒的氮化物作为个体层材料，利用超高真空射频磁控溅射系统制备TaN、VN及一系列的TaN／VN多层薄膜。通过XRD，纳米力学测试系统分析了该体系合成中工作气压对多层膜结构与机械性能的影响。结果表明：多层膜的纳米硬度值都高于两种个体材料混合相的硬度值；当工作气压为0．2Pa时，结晶出现多元化，多层膜体系的硬度、弹性模量、应力均达到最佳效果，最大硬度达到31GPa。多层膜的机械性能改善明显与工作气压的变化有直接的联系。证明了通过选择合适的工作气压条件，合成具有高硬度的纳米多层膜是可以实现的。     

调制周期对ReB2/TaN纳米多层膜的结构和力学性能影响

利用射频磁控溅射方法(衬底温度20℃)制备TaN,ReB2单层膜及ReB2/TaN纳米多层膜,并通过XRD,SEM,XP-2表面轮廓仪及纳米力学测试系统对薄膜的微结构和力学性能进行表征,分析调制周期对其影响.结果表明:TaN和ReB2均具有典型的六方结构,在其构成的多层膜中,当调制周期达到8～12nm附近时,纳米多层膜...     

NbN/TaN纳米多层膜的微结构及超高硬度效应

用磁控反应溅射的方法在不锈钢基片上制备了NbN／TaN纳米多层薄膜,试验采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及显微硬度仪对薄膜的微结构和硬度进行分析,结果表明：在NbN／TaN多层膜中,NbN层为面心晶体结构,TaN层为六方晶体结构;NbN／TaN纳米多层膜存在超硬效应,在调制周期2．3～170nm这一放宽的范围内保持超高硬度,硬度最大值HK达51.0GPa     

TaN／NbN纳米多层膜的力学性能与耐磨性

采用反应溅射在多靶溅射仪上制备了调制周期小于73.2nm的一系列TaN/NbN纳米多层膜和TaN,NbN单层薄膜，并采用透射电子显微镜、显微硬度计和凹坑研磨仪研究了薄膜的微结构、力学性能和耐磨性。结果表明，具有成分周期变化的TaN/NbN纳米多层膜在其调制周期为2.3-17.0nm范围内产生硬度异常升高的超硬效应，最高硬度达到HK51.0GPa；磨损实验表明，TaN/NbN纳米多层膜耐磨性远高于TaN和NbN单层膜，其主要原因是调制结构中大量界面的存在，提高了薄膜的韧性。     

ZrN/W2N纳米多层膜的调制比对其性能的影响

利用射频磁控溅射系统制备了调制周期为30 nm的具有不同调制比例的ZrN/W2N纳米多层膜。研究表明:ZrN/W2N纳米多层膜的界面清晰,通过把ZrN周期性地插入到W2N层,多层薄膜的整体应力得到缓解。在调制比tZrN∶tW2N=2∶3时,纳米多层膜的应力值最小。多层膜的硬度和弹性模量基本高于ZrN和W2N单层材料的平均值,随着调制比的减小,它们的值均有上升趋势,并在tZrN∶tW2N=2∶3时分别达到最高值34 GPa和424 GPa,同时多层膜的膜基结合强度也达到最佳效果,其临界载荷超过了100 mN。多层膜的机械性能改善明显与其调制层结构和多晶结构有着直接的联系。     

ZrC/ZrB2纳米多层膜的微观结构与机械性能的研究

选择ZrC和ZrB2为个体层材料,利用射频磁控溅射系统在室温下制备具有纳米尺寸的ZrC/ZrB2多层膜.通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、俄歇电子能谱、表面轮廓仪及纳米力学测试系统研究了调制周期与ZrC,ZrB2单层厚度比例(tZrCtZrB2)对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材混合相的值,在调制比例tZrCtZrB2=11.7、调制周期为32 nm时,薄膜显示出很强的ZrC(111)择优趋向和较弱的ZrB2(001)及ZrB2(002)结构,同时产生硬度异常升高的超硬效应,其硬度达到42 GPa.多层膜的机械性能改善明显与其调制结构和多晶结构有着直接的联系.     

工作气压和基底偏压对ZrB2/A1N纳米多层膜结构和机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术在不同工作气压和不同基底偏压条件下在Si(100)基底上设计合成了ZrB2/AIN纳米多层膜.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、纳米力学测试系统和表面轮廓仪分析了工作气压和基底偏压对薄膜的微结构和机械性能的影响.结果表明:大部分ZrB2/AlN多层膜的纳米硬度与弹性模量值高于两种个体材料的混合值.当工作气压为0.4Pa,基底偏压为-60V时,制备的薄膜具有最高的硬度(36.8 GPa)、最高的弹性模量(488.7 GPa)和最高的临界载荷(43.6mN).基底偏压的升高和工作气压的降低会使沉积粒子的动能提高,引起薄膜表面原子迁移率提高,导致薄膜的原子密度提高,起到位错钉扎的作用,晶粒尺度也被限制在纳米尺度,这些均对提高薄膜的硬度和抗裂强度起到了作用.     

Influence of Ar/N2 Flow Rate on Structure and Property for TaN/NbN Multilayered Coatings

TaN/NbN multilayered coatings with nanoscale bilayer periods were synthesized at different Ar/N2 flow rates by RF （radio frequency） magnetron sputtering. XRD （X-ray diffraction） and Nano Indenter System were employed to investigate the influence of Ar/N2 flow rate （FAr：FN2） on microstructure and mechanical properties of the coatings. The low-angle XRD pattern indicated a well-defined composition modulation and layer structure of the multilayered coating. All multilayered coatings almost revealed higher hardness than the rule-of-mixtures value of monolithic TaN and NbN coatings. At FAr：FN2=10, the multilayered coating possessed desirable hardness, elastic modulus, internal stress, and fracture resistance, compared with ones synthesized at other Ar/N2 flow rates. The layered structure with strong mixture of TaN （110）, （111）, （200） and Nb2N （101）textures should be related to the enhanced mechanical properties.     

Mechanical Properties of Polycrystalline TiN/TaN Multilayers

Polycrystalline TiN/TaN multilayers were grown by reactive magnetron sputtering on WC-Co sintered hard alloy Substrates. Multilayer structure and composition modulation amplitudes were studied using X-ray diffraction method. Hardness and elastic modulus were measured by nanoindentation tester. For A>8.0 nm, hardness is lower than rule-of mixtures value of individual single layer, and increased rapidly with decreasing A, peaking at hardness values≈33% higher than that at A=4.3 nm. As a result of analysing the inclination of applied load for indenter displacement on P-h curve (△P/△h), this paper exhibits that the enhancement of the resistance to dislocation motion and elastic anomaly due to coherency strains are responsibie for the hardness change     

金属纳米多层膜力学性能研究进展

新型功能材料及器件向小型化,集成化和复合化发展的趋势,使得尺寸在纳米尺度的层状材料和柔性多层器件在使用过程中的服役行为成为其发展的关键科学问题。本文结合作者近几年对Ag/M系列和Cu/M系列多层膜力学性能的研究工作,对金属纳米多层膜的微结构特征及其对力学性能的影响进行了回顾和总结,主要包括多层膜的晶粒形貌对其强化机制和塑性变形行为的影响,组元强度错配对多层膜硬化行为的影响,界面结构与其强度极值的关系、不对称界面结构引起的异常弹性模量增强和多层膜的室温蠕变机制及界面结构对蠕变性能的影响等几个方面,并对多层膜的力学性能研究进行了展望。     

调制结构对TiN/ZrN纳米多层膜的表面形貌、生长行为及力学性能的影响

利用射频反应磁控溅射方法,设计并制备了一系列不同调制周期的TiN/ZrN纳米多层膜.利用原子力显微镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪对多层膜的表面形貌、微观结构和力学性能进行了系统表征.研究结果表明调制结构影响着薄膜的择优生长取向、沉积速率和表面形貌;在调制周期为7nm～26nm的范围内,随调制周期的增加,TiN/ZrN多层膜的织构取向有从(100)面向(111)面转变的趋势;TiN和ZrN层的沉积速率随调制周期的变化而变化.在调制周期为15nm左右时,表面粗糙度最小,减小和增加调制周期均导致粗糙度的增加.力学性能分析表明TiN/ZrN多层膜的硬度和弹性模量均高于单一TiN和ZrN的硬度和弹性模量,且随着调制周期的减小有逐渐增加的趋势.此外,根据调制结构和力学性能的分析结果,讨论了TiN/ZrN纳米多层膜的硬化机制.     

ZrN/TiAlN纳米多层膜的制备及其结构与性能的研究

利用高真空离子束辅助沉积系统在室温下制备了ZrN,TiAlN和一系列ZrN/TiAlN纳米多层膜,利用X射线衍射仪、纳米力学测试系统和多功能材料表面性能实验仪表征了薄膜的微结构和机械性能,分析了调制周期对薄膜结构与机械性能的影响.结果表明大部分多层膜的纳米硬度与弹性模量值都高于两种个体材料硬度的平均值,当调制周期为6.5 nm时,多层膜硬度达到最高(30.1 GPa),弹性模量、粗糙度、摩擦以及划痕测试均达到最佳效果.