显微WN单层膜、WCN复合膜与TiAlSiN/WN多层膜制备、微结构和性能查抄袭率

摘要：本论文采取反应磁控溅射制备了W-N单层膜、W-C-N复合膜和Ti-Al-Si-N/W-N多层膜，探讨了氮气流量对W-N单层膜的微结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响；不同C靶功率对W-C-N复合膜的微结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响；不同负偏压对W-C-N复合膜的微结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响；并探讨了不同调制周期Ti-Al-Si-N/W-N多层膜的结构、力学性能及摩擦磨损性能。探讨结果表明：对W-N单层膜的探讨表明，随着氮气流量的增加，薄膜的沉积速率显著下降，薄膜中分别出现α-W, β-W, β-W2N和δ-WN相；W-N薄膜的晶粒尺寸随着氮气含量的增加逐渐降低；薄膜的硬度和弹性模量随着氮气流量的增加呈现先增高后降低的走势，在氮气流量值为10sccm时获得最值；W-N薄膜有着良好的膜基结合力(临界力L_(c2)＞9N)和良好的抗磨损能力，随着氮气流量的增加，薄膜的摩擦系数和磨损量都呈现降低走势，分别达到最低值0.32和6×10~(-6)mm~3·N~(-1)m~(-1)；W-N薄膜的主要磨损机制是磨粒磨损，氮气流量为20sccm时伴有氧化磨损。对不同C靶功率W-C-N复合膜的探讨表明，C的加入，使W-N薄膜中生成立方β-WCN相，峰的位置位于β-WC和β-WN之间；随着C靶功率的增加，薄膜衍射峰向小角度偏移；由于C的固溶作用，导致W-N晶格畸变，以而使W-N薄膜硬度得到提升，最大硬度和弹性模量值在C靶功率为120W时获得，分别为36.70GPa和409.16GPa；室温和高温下的摩擦磨损实验表明，W-C-N薄膜的常温摩擦系数和磨损率随随C靶功率增加先减少后增加；高温时，薄膜摩擦系数高于常温摩擦系数；薄膜的主要磨损机理是磨粒磨损。对不同负偏压制备的W-C-N复合膜的探讨表明，随着负偏压的升高，薄膜表面光滑程度得到提升；当负偏压小于等于80V时，薄膜体现出六方α-WCN相结构，随着负偏压的增加，逐渐以六方α-WCN相转变成立方β-WCN相；薄膜的硬度、弹性模量和膜基结合力随着负偏压的增大，都呈现先升高后降低的走势，在负偏压为120V左右，力学性能得到优化；负偏压的加入，降低了薄膜的磨损率和摩擦系数，在负偏压为200V时，磨损率和平均摩擦系数分别达到最低值4.22×10~(-6)mm~3·N~(-1)m~(-1)和0.27；薄膜的主要磨损机理是磨粒磨损，随着负偏压不断升高，磨痕表面的犁沟越来越浅，在负偏压为120V时，还伴随着氧化磨损，负偏压为200V时，磨痕表面较为平整。对不同调制周期Ti-Al-Si-N/W-N多层膜的探讨表明，采取磁控溅射策略制备的W-N、Ti-Al-Si-N薄膜和Ti-Al-Si-N/W-N多层膜均为面心立方结构且呈(111)面择优取向；随着调制周期的增加，薄膜晶粒尺寸逐渐减小；多层膜在所探讨的层厚范围内，硬度值比根据混合法则计算得到的值高5.9GPa左右，没有出现超硬效应；常温条件下，W-N层薄膜的加入有效降低了Ti-Al-Si-N单层膜的摩擦系数。升高温度至900℃时，W-O膜和Al、Ti元素的协调作用提升了Ti-Al-Si-N/W-N多层膜的抗磨损性能，摩擦系数下降到0.16。关键词：W-N单层膜论文W-C-N复合膜论文Ti-Al-Si-N/W-N纳米多层膜论文显微结构论文力学性能论文摩擦磨损性能论文

摘要5-7

ABSTRACT7-13

第1章 绪论13-25

1.1 引言13-14

1.2 薄膜的生长14-15

1.3 超硬薄膜材料介绍15-20

1.3.1 本征硬质薄膜15

1.3.2 纳米多层膜15-18

1.3.3 纳米复合膜18-20

1.4 摩擦磨损历程的影响因素和探讨策略20-23

1.4.1 摩擦历程的影响因素及种类20-21

1.4.2 物体接触与实际接触面积21

1.4.3 磨损历程的主要类型21-23

1.5 选题作用与探讨内容23-25

1.5.1 选题作用23-24

1.5.2 探讨内容24-25

第二章 薄膜的制备与表征策略25-33

2.1 薄膜的制备策略与实验设备25-28

2.1.1 薄膜的制备策略25-26

2.1.2 实验设备26-27

2.1.3 薄膜基片处理策略27-28

2.2 薄膜检测策略与检测设备28-33

2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)28

2.2.2 X 射线衍射(XRD)28-29

2.2.3 能量色散谱仪29

2.2.4 纳米压痕仪和划痕仪29-32

2.2.5 高温摩擦磨损测试仪32-33

第3章 磁控溅射 W-N 薄膜的微结构、机械性能和摩擦学性能33-44

3.1 引言33

3.2 实验策略33-35

3.3 结果与讨论35-43

3.3.1 W-N 薄膜沉积速率随氮气含量的变化35-36

3.3.2 W-N 薄膜的显微结构36-38

3.3.3 W-N 薄膜的硬度和弹性模量38-39

3.3.4 W-N 薄膜的膜基结合力39-40

3.3.5 W-N 薄膜的摩擦学性能40-43

3.4 结论43-44

第4章 W-C-N 纳米复合薄膜的性能探讨44-56

4.1 引言44-45

4.2 实验材料及策略45-46

4.3 结果与讨论46-55

4.3.1 W-C-N 纳米复合薄膜的微结构46-47

4.3.2 W-C-N 纳米复合薄膜的力学性能47-48

4.3.3 W-C-N 纳米复合薄膜的摩擦学性能48-55

4.4 结论55-56

第5章 基体负偏压对 W-C-N 薄膜摩擦磨损性能的影响56-71

5.1 引言56-57

5.2 实验策略57-59

5.3 结果与讨论59-70

5.3.1 负偏压对 W-C-N 薄膜微结构的影响59

5.3.2 负偏压对 W-C-N 薄膜硬度和弹性模量的影响59-60

5.3.3 负偏压对 W-C-N 薄膜表面形貌的影响60-62

5.3.4 负偏压对 W-C-N 薄膜基体温度的影响62

5.3.5 负偏压对 W-C-N 薄膜膜基结合力的影响62-63

5.3.6 负偏压对 W-C-N 薄膜摩擦磨损性能的影响63-70

5.4 结论70-71

第6章 纳米多层膜 Ti-Al-Si-N/W-N 的结构及性能探讨71-83

6.1 引言71-72

6.2 实验材料及策略72-73

6.2.1 薄膜的制备72-73

6.2.2 薄膜的表征73

6.3 实验结果73-82

6.3.1 Ti-Al-Si-N/W-N 多层膜的结构73-75

6.3.2 Ti-Al-Si-N/W-N 多层膜的硬度和弹性模量75-77

6.3.3 Ti-Al-Si-N/W-N 多层膜的摩擦磨损性能77-82

6.4 结论82-83

结论83-85