NbCN、NbSiN復(fù)合膜和NbSiN-VN多層膜的微結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、本論文采用反應(yīng)磁控濺射制備了NbCN復(fù)合膜、NbSiN復(fù)合膜以及NbSiNN/VN納米多層膜。采用EDS、X射線衍射儀、納米壓痕儀、高溫摩擦磨損儀表征了薄膜的成分、微結(jié)構(gòu)、硬度以及室溫和高溫摩擦磨損性能。研究了C靶功率對(duì)NbCN復(fù)合膜的微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及摩擦磨損性能的影響;Si含量對(duì)NbSiN復(fù)合膜的微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和室溫及高溫摩擦磨損性能的影響;并研究了不同VN膜層厚度對(duì)NbSiN/VN多層膜結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和室溫及高溫摩擦磨損性能的

2、影響,討論了多層膜的致硬機(jī)理和磨損機(jī)制。
　　研究表明:
　　NbCN復(fù)合膜為面心立方結(jié)構(gòu),呈NbN(200)擇優(yōu)取向;C的加入,使薄膜的力學(xué)性能得到改善,隨著C靶功率的增加,復(fù)合膜的硬度先增大后減小,在C靶功率增加到90 W時(shí),NbCN復(fù)合膜的硬度達(dá)到最大值,為30.3GPa;室溫摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著C靶功率的增加,NbCN復(fù)合膜的摩擦系數(shù)逐漸降低,當(dāng)C靶功率增加到120W時(shí),摩擦系數(shù)降至最低為0.323。
　

3、　NbSiN復(fù)合膜為面心立方結(jié)構(gòu),呈NbN(200)擇優(yōu)取向;少量Si的加入使得復(fù)合膜得到強(qiáng)化,在Si含量為20.29 at.％時(shí)硬度達(dá)到最大值32.1GPa,隨著Si含量的進(jìn)一步增加,復(fù)合膜的硬度逐步降低。室溫和高溫摩擦磨損研究表明,在室溫時(shí),隨著Si含量的增加,NbSiN復(fù)合膜的平均摩擦系數(shù)在0.60～0.68之間波動(dòng);在650℃時(shí),隨著Si含量的增加,復(fù)合膜的平均摩擦系數(shù)呈減小趨勢(shì);650℃時(shí)的平均摩擦系數(shù)低于室溫下的平均摩擦系數(shù)

4、與氧化物的生成有關(guān)。
　　在NbSiN/VN多層膜中,隨著VN膜層厚度增加,多層膜由V2N(110)擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變?yōu)閂N(111)擇優(yōu)取向。在VN膜層厚度為5 nm時(shí),硬度達(dá)到最大值,為26.1 GPa。摩擦磨損性能的研究表面,在室溫和高溫時(shí),隨著VN膜層厚度的增加,多層膜的摩擦系數(shù)均呈減小趨勢(shì)。室溫時(shí),在VN膜層厚度增加到5 nm時(shí)平均摩擦系數(shù)最低為0.386;高溫650℃時(shí), VN膜層厚度為10 nm,多層膜平均摩擦系數(shù)最低為0