【摘 要】
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本论文采用非平衡磁控溅射离子镀技术在不同Mo靶电流下制备了 NbN薄膜和NbN/MoN纳米多层膜,Nb靶电流恒定为4A,Mo靶电流1～4A,并且制备了调制比为η=1.5,不同调制周期的NbN/MoN
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本论文采用非平衡磁控溅射离子镀技术在不同Mo靶电流下制备了 NbN薄膜和NbN/MoN纳米多层膜,Nb靶电流恒定为4A,Mo靶电流1～4A,并且制备了调制比为η=1.5,不同调制周期的NbN/MoN纳米多层膜,研究Mo靶电流和调制周期对薄膜物相组成,组织结构、力学性能以及摩擦学性能的影响。研究结果表明:不同Mo靶电流下所制备的NbN/MoN纳米多层膜由面心立方NbN和简单立方γ-Mo2N组成,具有良好的周期性层状结构,在垂直于基体的方向上呈柱状生长形式。由于NbN和γ-Mo2N之间晶格常数的差异,NbN子层和MoN子层在界面处形成了具有一定晶格错配(错配度约为δ=7.2%)的共格界面,晶格条纹连续贯穿调制层界面,形成了共格外延生长的超晶格结构;与NbN薄膜相比,NbN/MoN纳米多层膜相出现超硬效应,硬度显著提高。在Mo靶电流1A(Λ=4.0nm)时,NbN/MoN纳米多层膜的硬度出现峰值,约为40GPa。NbN/MoN纳米多层膜的摩擦系数低于NbN的摩擦系数,但不同的NbN/MoN多层膜摩擦系数变化不大,为0.53～0.58。NbN/MoN纳米多层膜的主要磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损,少数多层膜伴随着粘着磨损。硬度的提高有效地降低了粘着效应,高硬度与低摩擦系数的结合使得纳米多层膜的耐磨性能得到了改善。当Mo靶电流4A时多层膜表现出最佳的耐磨损性能。不同调制周期的NbN/MoN纳米多层膜由面心立方NbN和简单立方γ-Mo2N组成,具有良好的周期性层状结构,NbN与MoN形成具有一定晶格错配的共格界面。多层膜在调制周期A=10nm时依然保持共格外延生长;NbN/MoN纳米多层膜在调制周期Λ=5nm时硬度最大,为34.4GPa。调制周期增至Λ=10nm,硬度下降至30.2GPa,调制周期继续增大,多层膜的硬度变化不大。随着调制周期的增大,多层膜的摩擦系数呈现出先增大后减小的趋势。调制周期Λ=5nm时,NbN/MoN纳米多层膜综合性能较好。NbN/MoN纳米多层膜磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损的混合机制。
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