Mo2N基多組元納米多層氮化物薄膜的結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)UDC密級(jí)學(xué)號(hào)10110119博士學(xué)位論文博士學(xué)位論文Mo2N基多組元基多組元納米多層納米多層氮化物薄膜的氮化物薄膜的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及性能研究及性能研究王濤學(xué)科門(mén)類(lèi)：類(lèi)：工學(xué)學(xué)科名稱(chēng)：稱(chēng)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：師：蔣百靈蔣百靈教授教授張國(guó)君張國(guó)君教授教授申請(qǐng)日期：期：2015年7月摘要I論文題目：論文題目：Mo2N基多組元納米多層氮化物薄膜的結(jié)構(gòu)及性能研究基多組元納米多層氮化物薄膜的結(jié)構(gòu)及性能研究學(xué)科名稱(chēng)：材料學(xué)學(xué)科名稱(chēng)：材料學(xué)研究生：王：王

2、濤簽名簽名:指導(dǎo)教師：蔣百靈教授指導(dǎo)教師：蔣百靈教授簽名簽名:張國(guó)君教授張國(guó)君教授簽名簽名:摘要TiN等金屬氮化物薄膜因其良好的耐磨性和耐蝕性已在刀具和模具的表面處理領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用，但隨著高速精密加工技術(shù)的發(fā)展，尤其是高速干切削領(lǐng)域的快速進(jìn)步，均需要進(jìn)一步降低金屬氮化物薄膜的摩擦系數(shù)以延長(zhǎng)鍍膜產(chǎn)品的使用壽命，因此同時(shí)獲得具有高硬度和低摩擦系數(shù)的金屬氮化物薄膜成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。Mo的氮化物薄膜在摩擦過(guò)程中能夠原位形成具有潤(rùn)

3、滑作用的Magnli相氧化物可降低摩擦系數(shù)，因此通過(guò)對(duì)含Mo的多組元氮化物薄膜的研究，將為制備出兼具高硬度和低摩擦系數(shù)的金屬氮化硬質(zhì)薄膜提供依據(jù)與參考。本文采用多靶磁控濺射技術(shù)制備了Mo2N薄膜以及Mo2N基多組元納米多層氮化物薄膜，對(duì)比研究了薄膜的成分和結(jié)構(gòu)的改變對(duì)薄膜性能的影響規(guī)律，分析和討論了薄膜的硬化機(jī)制、氧化機(jī)制以及摩擦磨損機(jī)制，揭示了Mo2N基多組元納米多層氮化物薄膜的硬度、HE值以及氧化行為等與薄膜摩擦學(xué)特性之間的關(guān)聯(lián)性，

4、并最終設(shè)計(jì)和制備了綜合性能較好的CrAlTiNMo2N納米多層復(fù)合薄膜。研究表明，通過(guò)反應(yīng)濺射制備的Mo的氮化物薄膜主要是由面心立方結(jié)構(gòu)的Mo2N相構(gòu)成，Mo2N薄膜的沉積速率是TiN薄膜的3~4倍，其硬度隨N含量的增加而減小，薄膜硬度的變化同本征硬化機(jī)制有關(guān)。Mo2N薄膜的摩擦系數(shù)低于TiN薄膜的摩擦系數(shù)，其比磨損率僅為T(mén)iN薄膜比磨損率的110，Mo2N薄膜比TiN薄膜具有更好的耐磨性。對(duì)TiNMo2N和TiMoNSi3N4納米多層

5、膜結(jié)構(gòu)和性能的研究表明：Mo2N基氮化物薄膜的摩擦系數(shù)同薄膜的H和HE值有關(guān)。由面心立方的TiN和Mo2N相構(gòu)成的TiNMo2N納米多層膜具有超晶格結(jié)構(gòu)，TiN層和Mo2N層之間形成了清晰平直的相界面，存在于兩者之間的交變應(yīng)力場(chǎng)使薄膜表現(xiàn)出了超硬性，硬度最大值可達(dá)到41GPa，薄膜的摩擦系數(shù)隨著調(diào)制周期的減小而減小，比Mo2N薄膜的摩擦系數(shù)有進(jìn)一步的降低。當(dāng)TiMoNSi3N4納米多層膜中Si3N4層是晶態(tài)時(shí)，薄膜是由有面心立方TiN、