從三元含Mo的Cr-Mo-N、Mo-Si-N、Mo-C-N薄膜到四元Cr-Mo-Si-N、Mo-Si-C-N薄膜,綜述多元系列薄膜的結(jié)構(gòu)、力學(xué)及摩擦學(xué)性能的研究進(jìn)展;分析在不同氣體壓力、制備方法與參數(shù)、不同元素含量下薄膜結(jié)構(gòu)的變化,闡述薄膜結(jié)構(gòu)與其力學(xué)性能和摩擦學(xué)特性的關(guān)聯(lián)。指出:多元Cr-Mo-Si-C-N系列薄膜結(jié)構(gòu)、硬度、摩擦因數(shù)強(qiáng)烈受到薄膜中Mo、Si、C、N元素含量的影響,其中力學(xué)特性還與薄膜微結(jié)構(gòu)緊密相關(guān);薄膜的摩擦學(xué)特性與晶粒生長(zhǎng)細(xì)化和作為潤(rùn)滑劑的無(wú)定形基質(zhì)有關(guān);在摩擦過(guò)程中發(fā)生的摩擦化學(xué)反應(yīng)也有效地提高了薄膜的耐磨性。對(duì)于四元Cr-Mo-C-N和多元Cr-Mo-Si-C-N薄膜,建議進(jìn)一步研究在水潤(rùn)滑與非潤(rùn)滑的不同條件下,例如在海水或者空氣干摩擦環(huán)境下,是否由于薄膜結(jié)構(gòu)組分的不同而有效地形成含Mo的氧化物的自潤(rùn)滑膜,以提高薄膜在更多場(chǎng)合下的適應(yīng)性和減摩性。 

【文章來(lái)源】：潤(rùn)滑與密封. 2019,44(04)北大核心CSCD

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Cr-Mo-N薄膜的顯微硬度值和殘余應(yīng)力與Mo含量的關(guān)系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent

孀牌?霉β實(shí)腦黽櫻???為－100～－300V時(shí)的薄膜彈性模量值有所增加，在260～280GPa范圍內(nèi)。另外，由HEO等［31］還觀察到，在－200V偏壓下沉積的薄膜柱狀粒徑比其他偏壓下的薄膜小得多，這也可能增加硬度［39］。然而，在－400V的偏壓條件下，由于薄膜表面增加的偏壓功率使原子重新排列而導(dǎo)致殘余應(yīng)力減少，硬度值下降到18GPa。圖4Cr-Mo-N薄膜的顯微硬度值和殘余應(yīng)力與Mo含量的關(guān)系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent圖5顯示了不同Mo含量的Cr-Mo-N薄膜與鋼球?qū)δr(shí)的摩擦因數(shù)［4］。發(fā)現(xiàn)Mo原子分?jǐn)?shù)增加到30.4%時(shí)，薄膜的摩擦因數(shù)從0.45降低到0.37，這可以用摩擦化學(xué)反應(yīng)來(lái)解釋，在滑動(dòng)過(guò)程中薄膜與潮濕環(huán)境中的水分反應(yīng)，在摩擦界面處生成了具有低剪切的層狀的MoO3薄層，這樣的摩擦層可以起固體潤(rùn)滑劑的作用［40－41］。而Mo含量的增加會(huì)更加促進(jìn)納米顆粒MoO3潤(rùn)滑層的形成，這表明可以通過(guò)添加Mo來(lái)改善Cr-N薄膜的摩擦學(xué)性能。QI等［5］對(duì)磨損后Cr-Mo-N薄膜進(jìn)行了磨痕軌跡的EDS分析，發(fā)現(xiàn)磨痕中含有較多的Cr、Mo和O元素，這表明在磨損過(guò)程中形成了Cr和Mo的氧化物，即發(fā)生氧化磨損。HEO等［31］也報(bào)道了不同偏壓對(duì)Cr-Mo-N薄膜摩擦因數(shù)的影響。在無(wú)偏壓和－400V偏壓下制備的薄膜具有更高的摩擦因數(shù)，約為0.7，而在其他偏壓下薄膜的摩擦因數(shù)僅為0.4～0.5。薄膜不同的微結(jié)構(gòu)可對(duì)摩擦學(xué)性能造成一定的影響，無(wú)偏壓下沉積的薄膜，其微觀表面顯示出更多的顆粒數(shù)量和更大的顆粒尺寸，這些顆粒具有明?

測(cè)Si是以Mo2N晶格中的溶解原子或以非晶形存在。圖6不同Si含量的Mo-Si-N薄膜的X射線衍射圖Fig6X-raydiffractionpatternsofMo-Si-NfilmswithvariousSicontents如圖7所示為薄膜中元素Mo和Si原子比為4.2時(shí)Mo-Si-N薄膜中Si2p的XPS圖譜［6］。在結(jié)合能101.7eV處出現(xiàn)的峰對(duì)應(yīng)于Si3N4中的Si-N鍵;此外，沒(méi)有對(duì)應(yīng)于Si-Si鍵(99.28eV)和Si-Mo鍵(99.56eV)的峰出現(xiàn)。LIU等［6］由XPS光譜的峰面積推導(dǎo)了Mo、Si和N元素之間的原子比，結(jié)果證實(shí)了Mo-Si-N薄膜中是Mo2N和Si3N4的化學(xué)計(jì)量。這與文獻(xiàn)［44］報(bào)道的結(jié)果非常吻合，其中在Ti-Si-N薄膜中，硅主要以Si3N4的形式存在。而對(duì)于所沉積的Mo-Si-N薄膜，結(jié)合圖6所示的XＲD圖譜［42］，可以得出結(jié)論:薄膜中Si元素的唯一狀態(tài)是無(wú)定形的Si3N4，并且不存在Si或者M(jìn)o的硅化物。圖7Mo和Si的原子比為4.2的Mo-Si-N薄膜的Si2p峰的XPS譜Fig7XPSspectraofSi2ppeakforMo-Si-NfilmswhentheatomicratioofMotoSiis4.2如圖8所示為Mo2N和Mo-Si(10%)-N薄膜的橫截面HＲTEM圖像、選擇區(qū)域衍射圖(SADP)和暗場(chǎng)TEM圖像［42］�？梢杂^察到Mo2N薄膜的微觀結(jié)構(gòu)具有良好生長(zhǎng)的結(jié)晶相和大晶粒尺寸的柱狀結(jié)構(gòu);在Mo-Si(10%)-N薄膜中發(fā)現(xiàn)了由結(jié)晶相Mo2N和無(wú)定形Si3N4組成的納米復(fù)合結(jié)構(gòu);此外，添加Si元素時(shí)，Mo2N的大柱狀組織變?yōu)橄鄬?duì)具有多個(gè)取向的精細(xì)晶粒。晶格和非晶形?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Mechanical,Microstructural and Tribological Properties of Reactive Magnetron Sputtered Cr-Mo-N Films[J]. Dongli Qi,Hao Lei,Tiegang Wang,Zhiliang Pei,Jun Gong,Chao Sun.  Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)



本文編號(hào)：3466770