CrN系復合薄膜及Al-DLC薄膜的制備與機械性能研究.pdf

1、本論文綜述了硬質(zhì)薄膜、CrN系復合薄膜及DLC薄膜的研究進展。利用中頻反應磁控濺射技術制備了CrN薄膜、CrTiN與CrAlN合金復合薄膜及CrSiN與CrBN納米復合薄膜與Al-DLC薄膜，并研究了其制備條件、成分、結(jié)構(gòu)與機械性能之間的關系。研究結(jié)果表明： 1.采用中頻反應磁控濺射制備出CrNx薄膜，薄膜的結(jié)構(gòu)從Cr、Cr2N、無定形、直到CrN多種結(jié)晶形態(tài)的變化，且所制備的薄膜晶粒細小致密、表面平整。 2.CrTiN

2、與CrAlN薄膜中Ti與Al均以置換方式固溶于CrN中，取代了一部分Cr原子，形成固溶合金復合薄膜。復合薄膜的機械性能均有不同程度的提高，Ti含量為31.75％的CrTiN薄膜摩擦系數(shù)很低，磨損率也較低，具有較好的抗磨損性能；CrAlN薄膜雖然沒有明顯的減摩潤滑作用，但具有很低的磨損率。 3.CrSiN與CrBN復合薄膜為納米晶/非晶復合結(jié)構(gòu)，其中CrN均為納米晶，而薄膜中的Si與B均以非晶的氮化物形式存在于CrN晶粒的粒界中；

3、隨著薄膜中的Si與B含量的增大，薄膜中的晶粒逐漸細化，直至為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。復合薄膜的機械性能均有不同程度的提高，B含量為6.1％的CrBN復合薄膜硬度達到極大，同時薄膜的磨損率最低，約為CrN薄膜的1/3；Si含量為12.6％與36.8％的CrSiN復合薄膜的硬度分別達到極大，CrSiN納米復合薄膜的磨損率均遠低于CrN薄膜，具有很好的抗磨損性能。 4.在單晶硅片表面成功制備了表面致密光滑、低應力、高硬度且與基底結(jié)合良好的Al-D

4、LC薄膜，考察了基底偏壓與甲烷流量對薄膜的結(jié)構(gòu)及性能影響。隨著基底偏壓的增大，薄膜中的氫含量與內(nèi)應力(從～1 GPa降低到～0.4GPa)逐漸降低，但薄膜的sp2/sp3的比例與硬度(20GPa左右)均沒有明顯的變化。甲烷流量較低時制備的薄膜鋁含量高且具有金屬特性，如表面粗糙、硬度低、摩擦系數(shù)較高；而在甲烷流量較高時制備的薄膜碳含量高具有典型的DLC的性能，如表面光滑、硬度較高、摩擦系數(shù)較低。所制備的Al-DLC薄膜具有優(yōu)異的抗磨減摩性