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氮化钨(W2N)薄膜是具有优异机械性能的硬质过渡金属氮化物,在保护涂层、扩散势垒层等领域具有广泛的应用。本文采用磁控溅射法,通过改变衬底温度、溅射功率、氩氮比率、溅射压强等沉积参数,分别在Si(100)、A3O4不锈钢衬底上成功制备了结晶良好的W2N薄膜。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜、能量散射X射线光谱(EDX)、纳米压痕仪和高温摩擦磨损实验计分别对薄膜的晶体结构、表面形貌、成分组成、力学和摩擦学性能进行表征。首先,利用射频磁控溅射法制备了未掺杂的W2N薄膜,所有的薄膜都显示出了良好的结晶性,表面致密平整,均匀性良好,晶粒的平均尺寸在18-30 nm之间。通过优化实验参数最终得到了(111)晶向择优生长的W2N薄膜的最佳制备条件:衬底温度400℃、溅射功率120 W、氩氮比率20:6、沉积压强0.5 Pa。在最佳制备条件下得到的W2N薄膜表现出较大的硬度、较高的弹性模量和较低的磨损率,硬度为21.45 GPa,弹性模量是256.34 GPa,磨损率为5.170×10-6 mm3/Nmm。然后,为了改善W2N薄膜的力学和摩擦学性能,我们采用射频和直流共溅射的方法制备了软质金属Y和硬质金属Ti共掺杂的W2N(Y-Ti:W2N)薄膜。掺杂功率从OW升高到50 W,随着溅射功率的改变,薄膜的择优生长方向发生了变化,氮化钨薄膜由未掺杂的(111)择优取向转变为(200)择优取向。在掺杂功率升高至50 W时(200)衍射峰消失,薄膜呈现非晶状态。随着Y-Ti合金的掺入,薄膜的硬度变化不大,但是薄膜的摩擦学性能有所优化,当掺杂功率为20W时,磨损率最低,为4.094X10-6 mm3/Nmm。Y-Ti:W2N薄膜的力学和摩擦学性能比未掺杂的W2N薄膜有所改善。最后,采用射频和直流共溅射方法又制备了软质金属Y和硬质金属Cr共掺杂的W2N(Y-Cr:W2N)薄膜。随着掺杂功率增加至20W时,晶体的择优取向转为(200)择优取向,当溅射功率增加至30W以上时,薄膜呈现非晶状态。随着金属Y-Cr的掺入,薄膜的力学和摩擦学性能有了很大的改善。在掺杂功率为30 W时,具有硬度最大值为23.71 GPa,此时样品的弹性模量为256.34 GPa。在掺杂功率为20W时薄膜具有最小的磨损率为2.062×10-6 mm3/Nmm。Y-Cr:W2N薄膜的力学和摩擦学性能比Y-Ti:W2N薄膜有所增强。