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HfN/HfB2纳米多层膜结构调制及其力学性能

         
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摘要

为了进一步了解调制周期对HfN/HfB2纳米多层膜力学性能的影响,利用多靶磁控溅射技术,在Si(100)基底上制备了一系列具有相同厚度不同调制周期的HfN/HfB2纳米多层膜.利用XRD、TEM、XP-2台阶仪、纳米压痕仪及摩擦试验机分别分析了多层膜的结构特征、力学性能和室温下摩擦性能.结果表明,室温下沉积的多层膜呈现出结晶/非晶的混合结构;随着调制周期的增大,多层膜的结晶程度先增加后降低,其硬度和弹性模量也呈现出先升高后降低的趋势;当调制周期为40 nm时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大值,分别为(36.72±1.3)和(378.41±5.6) GPa,并且此时多层膜具有较高的膜基结合力(Lmax =67.3 mN)和较低的平均摩擦系数(0.061);在调制周期为20 nm时,多层膜的残余应力达到最小值为-0.82 GPa;经过高温退火后,多层膜的硬度和弹性模量均无明显变化,说明其具有良好的热稳定性;多层膜的结构和力学性能随调制周期的变化归因于晶粒的细化.%In order to further understand the influence of modulation period on mechanical properties of HfN/ HfB2 multilayer film,HfN/HfB2 multilayer film which has a constant thickness and various modulation periods were synthesized on Si (100) by ultra-high vacuum magnetron sputtering.The microstructure,mechanical and tribological properties of the multilayer film were studied by XRD,TEM,XP-2 step profiler,nano-indentation system and wear test technique.The results showed that all the HfN/HfB2 multilayer film deposited at room temperature show a crystalline/amorphous mixed structure.The crystallization degree,hardness and elastic modulus increase then decrease with the increase of modulation period.The highest hardness ((36.72± 1.3) GPa) and elastic modulus ((378.41 ± 5.6) GPa) were obtained with the modulation period of 40 nm,and the higher adhesion strength (Lmax =67.3 mN) and the lower coefficient of friction (0.061) were also acquired at the same time.When the modulation period was 20 nm,the multilayer film acquired the lowest residual stress (-0.82 GPa).The good thermal stability has been proved by the no changing on hardness and elastic modulus of multilayer film after annealing at high temperature.The change of the microstructure,mechanical and tribological properties is attributed to the grain refinement.

著录项

  • 来源
    《功能材料》 |2018年第2期|2187-2192|共6页
  • 作者

    余建刚; 董磊; 聂宇尧; 时永治; 李德军;

  • 作者单位

    天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;

    天津储能材料表面技术国际联合研究中心,天津300387;

    天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;

    天津储能材料表面技术国际联合研究中心,天津300387;

    天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;

    天津储能材料表面技术国际联合研究中心,天津300387;

    天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;

    天津储能材料表面技术国际联合研究中心,天津300387;

    天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387;

    天津储能材料表面技术国际联合研究中心,天津300387;

  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 chi
  • 中图分类 腐蚀的控制与防护;
  • 关键词

    磁控溅射; HfN/HfB2纳米多层膜; 调制周期; 力学性能;

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