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Ti N、Ti Al N、Cr N、Cr Al N、Ti Al N/Cr Al N等过渡金属氮化物薄膜是应用广泛的硬质薄膜材料,由于其具有硬度高、耐磨性好、抗氧化能力强等优异的性能,在刀具、装饰材料、模具、生物、航空等方面有大量的应用。先前的研究大多数都集中对某一种膜进行研究,得出的规律比较单一,因此,本论文系统地研究了Ti N、Ti Al N、Cr N、Cr Al N、Ti Al N/Cr Al N五种薄膜的工艺、结构与性能之间的关系以及探讨了单层膜与多层膜力学演变规律与机理,为高性能硬质膜的研发提供基础数据与理论。本文采用磁控溅射法制备了Ti N、Ti Al N、Cr N、Cr Al N、Ti Al N/Cr Al N五种薄膜,系统地研究了负偏压、溅射电流、N2流量、Ar流量等工艺参数对Ti N与Cr N薄膜表面形貌、微观结构及力学性能的影响,研究了Al靶功率对Ti Al N与Cr Al N膜表面形貌、微观结构及力学性能的影响,研究了调制周期对Ti Al N/Cr Al N周期多层膜微观结构与力学性能的影响。分别使用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和纳米压痕仪等设备对薄膜的表面形貌、成分、微观结构、硬度进行表征。通过激光共聚焦显微镜观看到Ti N、Ti Al N、Cr N、Cr Al N薄膜最小表面粗糙度分别为:7nm、17nm、3nm、5nm。利用纳米压痕仪检测得到Ti N、Ti Al N、Cr N、Cr Al N、Ti Al N/Cr Al N薄膜最高硬度分别为21.27GPa、16.81GPa、23.50GPa、24.01GPa、32.51GPa。对Ti Al N/Cr Al N周期多层薄膜的硬化原因进行了探讨,认为多层膜在晶粒能容纳位错的条件下的硬化原因是霍尔佩奇效应。