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構、力學及摩擦學性能的研究進展;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構的變化,闡述薄膜結構與其力學性能和摩擦學特性的關聯(lián)。指出:多元Cr-Mo-Si-C-N系列薄膜結構、硬度、摩擦因數(shù)強烈受到薄膜中Mo、Si、C、N元素含量的影響,其中力學特性還與薄膜微結構緊密相關;薄膜的摩擦學特性與晶粒生長細化和作為潤滑劑的無定形基質有關;在摩擦過程中發(fā)生的摩擦化學反應也有效地提高了薄膜的耐磨性。對于四元Cr-Mo-C-N和多元Cr-Mo-Si-C-N薄膜,建議進一步研究在水潤滑與非潤滑的不同條件下,例如在海水或者空氣干摩擦環(huán)境下,是否由于薄膜結構組分的不同而有效地形成含Mo的氧化物的自潤滑膜,以提高薄膜在更多場合下的適應性和減摩性。 

【文章來源】：潤滑與密封. 2019,44(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

Cr-Mo-N薄膜的顯微硬度值和殘余應力與Mo含量的關系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent

孀牌?霉β實腦黽櫻???為－100～－300V時的薄膜彈性模量值有所增加，在260～280GPa范圍內。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致殘余應力減少，硬度值下降到18GPa。圖4Cr-Mo-N薄膜的顯微硬度值和殘余應力與Mo含量的關系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent圖5顯示了不同Mo含量的Cr-Mo-N薄膜與鋼球對摩時的摩擦因數(shù)［4］。發(fā)現(xiàn)Mo原子分數(shù)增加到30.4%時，薄膜的摩擦因數(shù)從0.45降低到0.37，這可以用摩擦化學反應來解釋，在滑動過程中薄膜與潮濕環(huán)境中的水分反應，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滑劑的作用［40－41］。而Mo含量的增加會更加促進納米顆粒MoO3潤滑層的形成，這表明可以通過添加Mo來改善Cr-N薄膜的摩擦學性能。QI等［5］對磨損后Cr-Mo-N薄膜進行了磨痕軌跡的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］也報道了不同偏壓對Cr-Mo-N薄膜摩擦因數(shù)的影響。在無偏壓和－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。薄膜不同的微結構可對摩擦學性能造成一定的影響，無偏壓下沉積的薄膜，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Mo-Si-N薄膜中Si2p的XPS圖譜［6］。在結合能101.7eV處出現(xiàn)的峰對應于Si3N4中的Si-N鍵;此外，沒有對應于Si-Si鍵(99.28eV)和Si-Mo鍵(99.56eV)的峰出現(xiàn)。LIU等［6］由XPS光譜的峰面積推導了Mo、Si和N元素之間的原子比，結果證實了Mo-Si-N薄膜中是Mo2N和Si3N4的化學計量。這與文獻［44］報道的結果非常吻合，其中在Ti-Si-N薄膜中，硅主要以Si3N4的形式存在。而對于所沉積的Mo-Si-N薄膜，結合圖6所示的XＲD圖譜［42］，可以得出結論:薄膜中Si元素的唯一狀態(tài)是無定形的Si3N4，并且不存在Si或者Mo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TEM圖像［42］�？梢杂^察到Mo2N薄膜的微觀結構具有良好生長的結晶相和大晶粒尺寸的柱狀結構;在Mo-Si(10%)-N薄膜中發(fā)現(xiàn)了由結晶相Mo2N和無定形Si3N4組成的納米復合結構;此外，添加Si元素時，Mo2N的大柱狀組織變?yōu)橄鄬哂卸鄠�取向的精細晶粒。晶格和非晶形?

【參考文獻】：
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：3466770