论文部分内容阅读
本文采用磁控溅射仪制备了一系列分别含有贵金属元素Ag,Ru的NbN-Ag,TaCN-Ag及Ti Ru N纳米复合膜,利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM)及搭载的能谱仪(EDS),拉曼光谱,原子力显微镜,纳米力学综合测试系统,摩擦磨损试验机和激光共聚焦显微镜等设备对薄膜的微结构,力学性能和摩擦磨损性能进行了表征。主要研究结果如下:对不同Ag含量的NbN-Ag复合膜的研究结果表明:NbN-Ag复合膜由fcc-NbN,hcp-NbN和fcc-Ag相组成。随着Ag含量的增加,复合膜的硬度及弹性模量逐渐降低,在Ag含量为19.9 at.%时,达到最小硬度11GPa和最小弹性模量100GPa。室温下,随着Ag含量的增加,复合膜的摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大。在200-700℃时:随着温度的增加,Ag含量为9.2 at.%的NbN-Ag复合膜的摩擦系数和磨损率均先上升后降低,在300℃时分别达到最大值0.7和3.9×10-9mm3N-1m-1;Ag含量为19.9 at.%的NbN-Ag复合膜的摩擦系数始终保持在0.3左右,磨损率先上升后下降,在300℃时达到最大值7.2×10-9mm3N-1m-1;在相同温度下,Ag含量较高的复合膜具有更低的摩擦系数和更高的磨损率。Ag,Ag2O和Ag Nb O3等相均对薄膜的摩擦磨损性能产生了影响。对不同Ag含量的TaCN-Ag复合膜的研究结果表明:TaCN-Ag复合膜由fcc-Ta N,hcp-Ta N,fcc-Ag及非晶CNx相组成,C是以置换Ta N晶格中的N原子形成Ta(C,N)置换固溶体的形式存在于晶格中。随着Ag含量的增加,TaCN-Ag复合膜的硬度及弹性模量先增大后减小,当Ag含量为0.3 at.%时,薄膜的硬度和弹性模量都达到最大值,分别为30.4GPa和336.2GPa。室温下,随着Ag含量的增加,TaCN-Ag复合膜的摩擦系数先升高后降低,磨损率先降低后升高。当Ag含量为12.7at.%时,在200-600°C温度范围内,随着温度的升高,复合膜的摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大,在相同温度下,TaCN-Ag复合膜的摩擦系数均小于Ta CN薄膜,但磨损率均大于的Ta CN薄膜。Ag,Ag2Ta4O11,Ag Ta O3等相均对薄膜的摩擦磨损性能产生了影响。对不同Ru含量的Ti Ru N复合膜的研究结果表明:当Ru含量低于1.3 at.%时,复合膜由单一的fcc-TiN相构成,当Ru含量大于1.3 at.%时,复合膜开始由fcc-TiN和hcp-Ru两相构成。随着Ru含量的增加,Ti Ru N复合膜的硬度和弹性模量先逐渐升高,在Ru含量为1.3 at.%时达到最大值25GPa和250GPa,随着Ru含量的增加,复合膜的硬度和弹性模量开始稳定在25GPa和250GPa附近。在室温下,Ru含量大于0.9 at.%时,Ti Ru N薄膜的摩擦系数开始小于TiN薄膜的摩擦系数,Ru含量为6.7 at.%时,复合膜的摩擦系数达到最低值,为0.43。不同Ru含量的Ti Ru N复合膜的磨损率均小于于TiN薄膜。