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文檔簡介
1、天津師范大學碩士學位論文磁控濺射制備CrNZrN多層梯度薄膜以及微觀結(jié)構(gòu)和力學性能研究姓名:劉峰申請學位級別:碩士專業(yè):凝聚態(tài)物理指導教師:李德軍20040501中文摘要能。利用納米硬度計對高速鋼和鍍有CrN/ZrN多層梯度薄膜的樣品進行納米硬度測試,測試結(jié)果表明:沉積的CrN/ZrN多層梯度薄膜表面硬度比高速鋼基底有了顯著提高,提高幅度最高可達4倍;比ZrN和CrN單質(zhì)薄膜提高2倍。其中在N2流量保持06$C℃Ill,NH3流量為O2
2、3$ccctn的條件下,制備的薄膜硬度值最高達到5647Opa;在反應氣體為N2,流量為08sccm的條件下制備的薄膜硬度最高達到4839GPa,實現(xiàn)了超硬效應。結(jié)合XRD結(jié)果,混和晶相的出現(xiàn)和結(jié)晶取向的多元化,使薄膜更加致密,是硬度提高的主要原因。在CrN/ZrN多層梯度膜中,由于晶格常數(shù)存在差異,多層膜在外延生長過程中,為了實現(xiàn)晶格匹配,晶格常數(shù)大的ZrN調(diào)制層受到壓應力,而晶格常數(shù)相對較小的CrN層受到拉應力,形成以多層膜調(diào)制周期
3、長度為周期的交變應力場。交變應力場所造成的畸變能使位錯穿過調(diào)制界面和調(diào)制層的阻力增加,這也是多層膜硬度增加的原因之一。劃痕實驗表明:衡量結(jié)合強度的臨界載荷的大小與薄膜的硬度,薄膜與基底之間的過渡層以及薄膜表面粗糙程度等多項因素有關(guān)。就我們制備的CrN/ZrN多層梯度膜來說,硬度在30~50GPa范圍內(nèi)、過渡層為純cr和表面粗糙度小的薄膜臨界載荷值比較高,薄膜與基底結(jié)合較好,比ZrN和CrN單質(zhì)薄膜提高2倍以上。所制薄膜的摩擦系數(shù)較小,在
4、O054)1之間。通過原予力顯微鏡∽M)對薄膜表面形貌的觀測證明,在最佳氣體流量范圍條件下制備的薄膜表面粗糙度相對較低,這也是造成摩擦系數(shù)較小的主要原因之一。以上研究結(jié)果證明,用非平衡直流磁控雙靶交替反應濺射方法,可以制備CrN/ZrN多層梯度薄膜,通過改變薄膜制備中的反應氣體種類和流量等工藝參數(shù),可以控制薄膜的結(jié)構(gòu)特征和化學組分,從而達到提高薄膜機械性能、摩擦磨損性能和界面結(jié)合強度的目的,為開發(fā)CrN/ZrN多層梯度薄膜在實際中的應用
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