【摘 要】
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该文利用非平衡直流磁控双靶交替反应溅射方法,在高速钢(HSS)和Si(100)表面上沉积了CrN/ZrN多层梯度薄膜,利用纳米/显微力学测试系统研究了薄膜的机械性能和摩擦磨损性能,包
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该文利用非平衡直流磁控双靶交替反应溅射方法,在高速钢(HSS)和Si(100)表面上沉积了CrN/ZrN多层梯度薄膜,利用纳米/显微力学测试系统研究了薄膜的机械性能和摩擦磨损性能,包括薄膜表面的纳米硬度、摩擦系数以及薄膜与基底的附着力;通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和俄歇电子能谱(AES)分析研究了薄膜的组份、化学态、以及结构特征;并尝试研究了反应气体的种类和流量对薄膜的结构和性能的影响规律.XRD的分析结果表明:当只有N2作为反应气体时,所制备的CrN/ZrN薄膜中ZrN的择优取向只有(111),CrN的择优取向只有(200),而且在N2流量为0.8 scccm时才能较明显地观察到二者的同时出现.AES的分析结果表明:在薄膜内部的主要元素是Cr、Zr、N元素,其含量保持在(Cr+Zr):N=5:4,这也从另一个侧面支持了XRD和XPS的分析结果.利用纳米硬度计对高速钢和镀有CrN/ZrN多层梯度薄膜的样品进行纳米硬度测试,测试结果表明:沉积的CrN/ZrN多层梯度薄膜表面硬度比高速钢基底有了显著提高,提高幅度最高可达4倍;比ZrN和CrN单质薄膜提高2倍.划痕实验表明:衡量结合强度的临界载荷的大小与薄膜的硬度,薄膜与基底之间的过渡层以及薄膜表面粗糙程度等多项因素有关.以上研究结果证明,用非平衡直流磁控双靶交替反应溅射方法,可以制备CrN/ZrN多层梯度薄膜,通过改变薄膜制备中的反应气体种类和流量等工艺参数,可以控制薄膜的结构特征和化学组分,从而达到提高薄膜机械性能、摩擦磨损性能和界面结合强度的目的,为开发CrN/ZrN多层梯度薄膜在实际中的应用提供了有价值的实验和理论数据.
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