不同工件架沉积的TiN/MoN纳米多层膜的微观组织与性能研究

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氮化物/氮化物纳米多层膜优异的力学及摩擦学性能具有重要的工程应用价值,被广泛地用作硬质保护涂层。本论文采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了不同调制周期的TiN/MoN纳米多层膜,对多层膜的微观组织形貌、力学性能和摩擦学性能进行了研究。  研究结果表明:所制备的TiN/MoN纳米多层膜由面心立方TiN和立方γ-Mo2N组成,具有良好的周期性层状结构,在垂直于基体的方向上呈柱状生长形式。由于TiN和γ-Mo2N之间晶格常数的差异,TiN子层和MoN子层在界面处形成了具有一定晶格错配(错配度约为f=2.3%)的共格界面,晶格条纹连续贯穿调制层界面,形成了共格外延生长的超晶格结构。  与TiN薄膜和MoN薄膜相比,TiN/MoN纳米多层膜的硬度介于二者之间(高于MoN薄膜而低于TiN薄膜),其摩擦系数则明显降低。  采用不同工件架制备的TiN/MoN纳米多层膜具有不同的界面形态和性能。通过对比可知,套筒工件架沉积的纳米多层膜界面清晰平直,且出现了超硬现象。在相同调制比(η=1.5)下纳米多层膜的硬度随着调制周期的变化(Λ=3.0~6.0nm)基本保持40GPa不变,而在调制周期(Λ=8.8nm)和调制比(η=2.14)进一步增大时有所降低。无套筒工件架沉积的纳米多层膜界面呈波纹状,其硬度随着调制周期的减小呈现出先升高后降低的趋势,在调制周期Λ=2.9nm时出现了约为36GPa的硬度峰值。  对于纳米多层膜的摩擦学性能而言,套筒工件架沉积的纳米多层膜的摩擦系数随着调制周期的减小呈下降趋势,当调制周期Λ=3.0nm时表现出了最佳耐磨性能。而无套筒工件架沉积的纳米多层膜的摩擦系数随着调制周期的减小呈现出先升高后降低的趋势。
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