NbCN、NbSiN复合膜和NbSiN/VN多层膜的微结构和性能研究

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本论文采用反应磁控溅射制备了NbCN复合膜、NbSiN复合膜以及NbSiNN/VN纳米多层膜。采用EDS、X射线衍射仪、纳米压痕仪、高温摩擦磨损仪表征了薄膜的成分、微结构、硬度以及室温和高温摩擦磨损性能。研究了C靶功率对NbCN复合膜的微结构、力学性能以及摩擦磨损性能的影响;Si含量对NbSiN复合膜的微结构、力学性能和室温及高温摩擦磨损性能的影响;并研究了不同VN膜层厚度对NbSiN/VN多层膜结构、力学性能和室温及高温摩擦磨损性能的影响,讨论了多层膜的致硬机理和磨损机制。
　　研究表明:
　　NbCN复合膜为面心立方结构,呈NbN(200)择优取向;C的加入,使薄膜的力学性能得到改善,随着C靶功率的增加,复合膜的硬度先增大后减小,在C靶功率增加到90 W时,NbCN复合膜的硬度达到最大值,为30.3GPa;室温摩擦磨损实验结果表明,随着C靶功率的增加,NbCN复合膜的摩擦系数逐渐降低,当C靶功率增加到120W时,摩擦系数降至最低为0.323。
　　NbSiN复合膜为面心立方结构,呈NbN(200)择优取向;少量Si的加入使得复合膜得到强化,在Si含量为20.29 at.％时硬度达到最大值32.1GPa,随着Si含量的进一步增加,复合膜的硬度逐步降低。室温和高温摩擦磨损研究表明,在室温时,随着Si含量的增加,NbSiN复合膜的平均摩擦系数在0.60～0.68之间波动;在650℃时,随着Si含量的增加,复合膜的平均摩擦系数呈减小趋势;650℃时的平均摩擦系数低于室温下的平均摩擦系数与氧化物的生成有关。
　　在NbSiN/VN多层膜中,随着VN膜层厚度增加,多层膜由V2N(110)择优取向转变为VN(111)择优取向。在VN膜层厚度为5 nm时,硬度达到最大值,为26.1 GPa。摩擦磨损性能的研究表面,在室温和高温时,随着VN膜层厚度的增加,多层膜的摩擦系数均呈减小趋势。室温时,在VN膜层厚度增加到5 nm时平均摩擦系数最低为0.386;高温650℃时, VN膜层厚度为10 nm,多层膜平均摩擦系数最低为0.289;高温时平均摩擦系数降低与自润滑性V2O5的生成有关。

著录项

作者
苑彩云;
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作者单位

江苏科技大学;

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授予单位江苏科技大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名喻利花;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;
关键词
复合膜; 纳米多层膜; 微结构; 力学性能; 摩擦磨损性能;

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