Mo-B/Mo-Zr-B复合薄膜的磁控溅射制备及性能研究

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过渡金属二硼化物由具有高价电子密度的过渡金属和硼原子组成,具有高硬度、高熔点、优异的耐磨损、耐腐蚀性能,有望成为继金刚石、立方氮化硼之后的第三类超硬材料。但过渡金属二碳化物制备需要跨越较高的能量势垒,常采用高温高压等极端条件,成本较高,不利于工业生产。目前对于过渡金属碟化物的研究理论远超于实践,且聚焦于结构及力学性能。本文采用非平衡磁控溅射离子镀技术,将MoB2与Mo、MoB2与ZrB2相复合,分别在不同Mo死电流下溅射MoB2-Mo复合薄膜和改变Mo:Zr原子比溅射得MoB2-ZrB2复合薄膜,观察了两组薄膜的微观组织结构,并对其力学、电学和摩擦学性能进行了测试,系统研究了成分的改变对硼化物薄膜性能的影响。研究结果表明:MoB2与Mo 相复合所得到的Mo-B 复合薄膜均为非品结构,Mo 况电流的变化未对薄膜的结晶状态产生明显影响;薄膜表面平滑致密,粗度为0.20.8nm;纳米压入法得到的薄膜硬度在38.5-42.1GPa 之间,且薄膜与基体结合强度较好;加入金属Mo后磁化物脆性高的特征仍较明是:薄膜电阻率与石墨相近,有半导体性质:摩擦磨损实验中薄膜的摩擦系数较高,主要磨损方式为磨粒磨损和氧化磨损,由于薄膜硬度较高,薄膜磨损率较低。两种硼化物复合得到不同Mo:Zr原子比的Mo-Zr-B复合薄膜,随着ZrMo 原子比增加,所制备的薄膜均为非晶结构;表面组织逐渐细密;硬度均超过40GPa:薄膜的粗糙度、韧性、电阻率均呈线性增长趋势:摩擦磨损结果表明薄膜的摩擦系数较高,但磨损率较小,磨损机制仍为磨粒磨损和氧化磨损:700℃氧化实验结果表明加入ZrB:的Mo-Zr-B 薄膜抗氧化性能明显优于Mo-B薄膜。
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