CrN-CrAlN多層薄膜的制備及其摩擦學性能.pdf

1、當前國家因機械零部件等磨損造成巨大的經濟損失，同時機械加工行業(yè)對耐磨保護薄膜要求越來越高，因此研究開發(fā)綜合性能良好的耐磨薄膜具有重要的意義。通過表面技術在基體表面制備耐磨薄膜已經被證明能夠有效提高基體的服役壽命。本論文采用直流反應磁控濺射方法在304不銹鋼表面沉積CrAlN以及CrN/CrAlN多層薄膜，并對CrN/CrAlN多層薄膜進行不同溫度下真空熱處理。在實驗條件下研究氮氣流量對CrAlN薄膜組織結構與摩擦性能的影響。并以此為研究

2、基礎，制備出不同調制周期的CrN/CrAlN多層薄膜，之后對CrN/CrAlN多層薄膜進行真空熱處理，研究調制周期和熱處理溫度對多層薄膜組織結構與摩擦性能的影響。
　　本研究主要內容包括：⑴隨著氮氣流量的增加，CrAlN薄膜的顯微硬度呈先增加后降低的趨勢，薄膜的摩擦系數(shù)與磨損率卻隨著氮氣流量的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，薄膜的主要物相為CrAlN與Cr2N相。氮氣流量為20 sccm時具有最高的顯微硬度與最低的摩擦系數(shù)，同時薄膜具

3、有最低的磨損率，顯示出最好的耐磨損性能。⑵制備的CrN/CrAlN多層薄膜主要物相為CrAlN和Cr2N相，CrAlN(200)呈擇優(yōu)取向，Cr2N(111)呈擇優(yōu)取向。多層薄膜表面粗糙度隨著調制周期的增加呈增加的趨勢，繼續(xù)增加調制周期至543 nm時，薄膜表面粗糙度又有降低的趨勢，而薄膜的顯微硬度隨薄膜調制周期的增加一直呈逐漸降低的趨勢。磨損實驗表明，摩擦系數(shù)、磨損率與表面粗糙度呈現(xiàn)相同的趨勢，在調制周期為102 nm時薄膜的顯微硬度

4、最高且磨損率達到最小值為0.31×10-14m3/N·m，多層薄膜雖然顯微硬度相對較低，但總體比CrAlN薄膜表現(xiàn)出較好的耐磨性能。⑶制備的熱處理薄膜表面粗糙度隨熱處理溫度的升高呈增加的趨勢，而且隨著熱處理溫度的增加薄膜的顯微硬度呈下降的趨勢。熱處理對薄膜的物相有著顯著的影響，相對熱處理前，熱處理后Cr2N(111)衍射峰強度逐漸降低，CrAlN(200)晶面衍射峰強度增加。熱處理溫度為600℃時薄膜開始出現(xiàn)Cr2N(101)衍射峰且薄