Cr-Al-N、Cr-Mo-N复合膜及CrN/Mo2N纳米多层膜的制备与性能研究

论文摘要

本论文采用反应磁控溅射制备了Cr-Al-N复合膜、Cr-Mo-N复合膜和CrN/Mo2N纳米多层膜,研究了不同Al含量对Cr-Al-N复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响;不同Mo含量对Cr-Mo-N复合膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响;并研究了纳米多层膜中不同调制周期对CrN/Mo2N多层膜的微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响,讨论了多层膜的硬度强化机制。研究结果如下:对Cr-Al-N复合膜的研究表明,Cr-Al-N复合膜具有面心立方结构,并且呈（111）衍射峰的择优取向;随着Al含量的增加,c-Cr-Al-N（111）衍射峰的位置向大角度逐渐偏移;在Al含量为62.50at.%时,出现h-AlN（100）衍射峰。随着Al含量的增加,晶粒尺寸逐渐减小,晶粒逐渐细化。在Al含量为57.02at.%时,显微硬度取得最大值37.82GPa,分析认为硬度升高是固溶强化和晶界强化共同作用的结果。随着Al含量的增加,Cr-Al-N复合膜的摩擦系数先减小后增大,磨损率具有与之相似的趋势。对Cr-Mo-N复合膜的研究表明,Cr-Mo-N复合膜均具有类似于面心立方CrN薄膜的晶体结构,并且呈（111）衍射峰的择优取向;随着Mo含量的增加,由于形成置换固溶体,c-Cr-Mo-N（111）衍射峰的位置向小角度逐渐偏移。随着Mo含量的增加,Cr-Mo-N复合膜的显微硬度先增大后减小,并且在Mo含量为22.76at.%时取得最大值33.53GPa。Cr-Mo-N复合膜的摩擦系数逐渐减小,耐磨损性能逐渐增强,分析认为是在摩擦过程中Mo反应生成MoO3的结果。对CrN/Mo2N多层膜的研究表明,不同调制周期的CrN/Mo2N多层膜均出现了宽化的衍射峰,只存在CrN相。随着调制周期的增加,CrN/Mo2N多层膜的显微硬度先增大后减小,并且在在调制周期为18nm时取得最大值35.58GPa。分析认为Hall-Petch强化不起作用,模量差异强化不是主要原因,多层膜硬度的升高主要是由于协调应变强化。随着调制周期的增加,CrN/Mo2N多层膜的摩擦系数先减小后增大,在调制周期为18nm时,摩擦系数取得最小值0.4755。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米复合膜
• 1.2.1 纳米复合膜的制备方法
• 1.2.2 纳米复合膜的分类
• 1.2.3 纳米复合膜的致硬机理研究
• 1.3 纳米多层膜
• 1.3.1 纳米多层膜的制备方法
• 1.3.2 纳米多层膜的分类
• 1.3.3 纳米多层膜的致硬机理研究
• 1.4 摩擦磨损的基础理论
• 1.4.1 摩擦
• 1.4.2 磨损
• 1.5 选题意义和研究内容
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 薄膜的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 薄膜的制备原理和实验设备
• 2.2.1 薄膜的制备原理
• 2.2.2 实验设备
• 2.3 薄膜检测设备和检测方法
• 2.3.1 X 射线衍射仪（XRD）
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.3 能量色散谱仪（EDS）
• 2.3.4 MM-6 显微硬度测试仪
• 2.3.5 UMT-2 型摩擦磨损测试仪
• 2.3.6 薄膜厚度的测量
• 第3章 Cr-Al-N 复合膜的微结构与力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 Cr-Al-N 复合膜中的Al 含量
• 3.3.2 Al 含量对Cr-Al-N 复合膜微结构的影响
• 3.3.3 Al 含量对Cr-Al-N 复合膜力学性能的影响
• 3.3.4 Al 含量对Cr-Al-N 复合膜摩擦磨损性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 Cr-Mo-N 复合膜的微结构与力学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 Cr-Mo-N 复合膜中的Mo 含量
• 4.3.2 Mo 含量对Cr-Mo-N 复合膜微结构的影响
• 4.3.3 Mo 含量对Cr-Mo-N 复合膜力学性能的影响
• 4.3.4 Mo 含量对Cr-Mo-N 复合膜摩擦磨损性能的影响
• 4.4 本章小结
• 2N 纳米多层膜微结构与力学性能研究'>第5章 CrN/Mo₂N 纳米多层膜微结构与力学性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 2N 单层膜沉积速率的确定'>5.2.1 CrN 和Mo₂N 单层膜沉积速率的确定
• 2N 多层膜的制备'>5.2.2 CrN/Mo₂N 多层膜的制备
• 5.3 实验结果与分析
• 2N 单层膜'>5.3.1 CrN、Mo₂N 单层膜
• 2N 多层膜的微结构的影响'>5.3.2 调制周期和调制比CrN/Mo₂N 多层膜的微结构的影响
• 2N 多层膜的力学性能的影响'>5.3.3 调制周期对CrN/Mo₂N 多层膜的力学性能的影响
• 2N 多层膜的硬度强化机制'>5.3.4 CrN/Mo₂N 多层膜的硬度强化机制
• 2N 多层膜的摩擦磨损性能'>5.3.5 CrN/Mo₂N 多层膜的摩擦磨损性能
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 大摘要