Mo2N基多組元納米多層氮化物薄膜的結構及性能研究.pdf

1、分類號UDC密級學號10110119博士學位論文博士學位論文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構結構及性能研究及性能研究王濤學科門類：類：工學學科名稱：稱：材料學指導教師：師：蔣百靈蔣百靈教授教授張國君張國君教授教授申請日期：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構及性能研究基多組元納米多層氮化物薄膜的結構及性能研究學科名稱：材料學學科名稱：材料學研究生：王：王

2、濤簽名簽名:指導教師：蔣百靈教授指導教師：蔣百靈教授簽名簽名:張國君教授張國君教授簽名簽名: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域取得了廣泛應用，但隨著高速精密加工技術的發(fā)展，尤其是高速干切削領域的快速進步，均需要進一步降低金屬氮化物薄膜的摩擦系數以延長鍍膜產品的使用壽命，因此同時獲得具有高硬度和低摩擦系數的金屬氮化物薄膜成為了當前研究的熱點內容之一。Mo的氮化物薄膜在摩擦過程中能夠原位形成具有潤

3、滑作用的Magnli相氧化物可降低摩擦系數，因此通過對含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的金屬氮化硬質薄膜提供依據與參考。本文采用多靶磁控濺射技術制備了Mo2N薄膜以及Mo2N基多組元納米多層氮化物薄膜，對比研究了薄膜的成分和結構的改變對薄膜性能的影響規(guī)律，分析和討論了薄膜的硬化機制、氧化機制以及摩擦磨損機制，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特性之間的關聯(lián)性，

4、并最終設計和制備了綜合性能較好的CrAlTiNMo2N納米多層復合薄膜。研究表明，通過反應濺射制備的Mo的氮化物薄膜主要是由面心立方結構的Mo2N相構成，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制有關。Mo2N薄膜的摩擦系數低于TiN薄膜的摩擦系數，其比磨損率僅為TiN薄膜比磨損率的110，Mo2N薄膜比TiN薄膜具有更好的耐磨性。對TiNMo2N和TiMoNSi3N4納米多層

5、膜結構和性能的研究表明：Mo2N基氮化物薄膜的摩擦系數同薄膜的H和HE值有關。由面心立方的TiN和Mo2N相構成的TiNMo2N納米多層膜具有超晶格結構，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力場使薄膜表現出了超硬性，硬度最大值可達到41GPa，薄膜的摩擦系數隨著調制周期的減小而減小，比Mo2N薄膜的摩擦系數有進一步的降低。當TiMoNSi3N4納米多層膜中Si3N4層是晶態(tài)時，薄膜是由有面心立方TiN、