【摘要】：氮化鉬(Mo-N)薄膜具有良好的穩(wěn)定性、高硬度、優(yōu)異的耐磨性和耐腐蝕性,使其在切削和成型工具加工中起到硬質(zhì)保護(hù)涂層的作用。本論文通過磁控共濺射技術(shù)成功的在Si(100)和A 304不銹鋼襯底上制備了未摻雜和金屬摻雜的Mo-N薄膜。利用X射線衍射儀(XRD),掃描電子顯微鏡(SEM),三維輪廓儀,能量色散X射線光譜儀(EDX),納米壓痕儀,摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)表征了 Mo-N薄膜的結(jié)構(gòu)、微觀形貌、組成成分、機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能。首先,利用射頻磁控濺射技術(shù)在Si(100)襯底上成功制備了 γ-Mo2N(111)擇優(yōu)生長的Mo-N薄膜,薄膜結(jié)晶性良好,表面光滑平整,晶粒致密均勻,呈典型的Fcc面心立方結(jié)構(gòu)。通過改變沉積參數(shù),得到了最佳結(jié)晶質(zhì)量的Mo-N薄膜,晶粒尺寸為25.67 nm,晶格常數(shù)為0.4172 nm,硬度達(dá)到25.07 GPa,摩擦系數(shù)和磨損率分別為 0.370 和 6.17 × 10-7 mm3/Nmm。其次,利用磁控共濺射技術(shù)制備了一系列不同Y含量的MoYN薄膜。與未摻雜的Mo-N薄膜相比,MoYN薄膜的擇優(yōu)生長取向由γ-Mo2N(111)變?yōu)棣?Mo2N(200)。當(dāng)Y含量低于9.44 at.%時,MoYN薄膜的硬度保持在24 GPa左右。然而,當(dāng)Y含量為14.81 at.%時,硬度直接降低到17GPa。這歸因于Y原子嵌入到Mo-N薄膜的晶界處具有阻塞晶界滑動的作用。所以,在較低Y含量的MoYN薄膜的硬度并未隨軟質(zhì)金屬Y的引入而直接降低。MoYN薄膜的平均摩擦系數(shù)在Y含量為9.44 at.%時具有最小值為0.283,這歸因于軟質(zhì)金屬Y具有潤滑作用。MoYN薄膜的磨損率在Y含量為9.44 at.%時的值為5.44 × 10-5 mm3/Nmm,與未摻雜的Mo-N薄膜相比,MoYN薄膜的磨損率高出兩個數(shù)量級,這歸因于在摩擦磨損過程中摻入到晶界的Y原子在磨損表面析出形成低剪切強(qiáng)度的氧化物。最后,希望通過硬質(zhì)金屬Cr和軟質(zhì)金屬Y共摻雜的方式進(jìn)一步提高M(jìn)o-N薄膜的機(jī)械性能和摩擦磨損性能。在Cr含量為4.44 at.%時,MoCrYN薄膜的硬度達(dá)到31 GPa,明顯高于未摻雜的MoN薄膜。這歸因于少量Cr原子取代Mo原子形成固溶強(qiáng)化的作用。MoCrYN薄膜的平均摩擦系數(shù)在Cr含量為4.44 at.%時具有最小值為0.344,這與MoCrYN薄膜自身機(jī)械性能的提高有關(guān)。根據(jù)Archard等式可知,MoCrYN薄膜的磨損率與硬度成反比。所以,在Cr含量為4.44 at.%時MoCrYN薄膜具有最低的磨損率為3.7×10-7 mm3/Nmm。由此可知,Cr-Y摻雜的MoCrYN薄膜的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能得到有效的改善。
【圖文】：

有多種化學(xué)計量和晶格結(jié)構(gòu)，例如：７－Ｍｏ２Ｎ（立方相），／３－Ｍｏ２Ｎ邋（正方晶相），，５逡逑－ＭｏＮ（六方相）。相對于７－Ｍｏ２Ｎ在耐磨損性、硬度、抗氧化逡逑性等方面具有不可替代的作用。立方相Ｍ0２Ｎ的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖如圖２．１所示：逡逑‘邐３邋Ｎ逡逑－ｆ逡逑Ｍ甚＃d阱義希翦澹у澹義賢跡玻保哄澹停錚尉褰峁故疽饌煎義希峰澹停錚玻偽∧さ木Ц癯Ｊ冢埃矗保常叮埃矗玻常板澹睿碇洌ナ簦疲停常灣澹ǎ玻玻擔(dān)┛占溴義先�，硨�(shí)湫偷模疲澹迕嫘牧⒎澆峁埂ｅ義希跺義

本文編號：2684064