硬質(zhì)合金表面納米周期硬質(zhì)膜的制備及性能.pdf

1、過渡金屬氮化物薄膜具有高熔點、高硬度、高韌性的特點，廣泛應(yīng)用于機械加工領(lǐng)域。過渡金屬氮化物薄膜自出現(xiàn)以來，歷經(jīng)了性能單一的二元膜層、可提供多種性能需求的多元膜層，如今發(fā)展到了可以滿足更高工業(yè)需求的納米復(fù)合膜層和多層結(jié)構(gòu)膜層。
　　本文采用磁控濺射法，在硬質(zhì)合金YG8和（100）單晶硅上制備了CrAlN-AlN系和 CrAlN-VN系單層膜及周期膜，系統(tǒng)地研究了調(diào)制結(jié)構(gòu)對周期膜層性能的影響。分別采用X射線衍射儀、能譜儀、激光共聚焦顯

2、微鏡、納米壓痕儀對膜層的相結(jié)構(gòu)，成分表面形貌、膜層的硬度與彈性模量進行表征和分析；并且采用維氏硬度計和激光共聚焦顯微鏡對膜層韌性進行表征，采用 X射線反射率法表征了膜層的界面結(jié)構(gòu)特征。研究結(jié)果表明：
　　CrAlN/AlN周期膜在不同調(diào)制結(jié)構(gòu)下均具有面心立方結(jié)構(gòu)。在調(diào)制周期的變化范圍內(nèi)，周期膜硬度始終低于單層CrAlN膜21.78GPa，最大值為19.2GPa（調(diào)制周期27nm）；調(diào)制比為（CrAlN/AlN）8:1~2:1時，硬

3、度高于CrAlN單層膜，在22GPa附近波動；調(diào)制比在5:1時，周期膜硬度達到最大值22.86GPa，產(chǎn)生致硬效應(yīng)。
　　抵抗塑性變形能力（H3/E*2值）隨調(diào)制周期增大，先增大后整體下降，在調(diào)制周期27nm時達到最大值，略高于單層CrAlN；調(diào)制比在8:1至2:1之間時，H3/E*2值在0.065GPa附近波動，在5:1時達到最大值0.071GPa，高于CrAlN單層膜39％。
　　周期膜韌性優(yōu)于單層膜，提高達24%。調(diào)制

4、周期變化下，周期膜韌性呈無規(guī)律波狀變化；但調(diào)制比下降導(dǎo)致周期膜韌性降低。
　　CrAlN/VN周期膜在不同調(diào)制結(jié)構(gòu)下均具有面心立方結(jié)構(gòu)。調(diào)制周期減小，膜層硬度上升，在10nm時達到最大值20.23GPa；調(diào)制比變化越大，膜層硬度越大，在調(diào)制比為1:4時，周期膜取得最大硬度22.08GPa，產(chǎn)生致硬效應(yīng)。
　　周期膜的調(diào)制周期減小和調(diào)制層厚度偏差增大導(dǎo)致抵抗塑性變形能力（H3/E*2），增大，最高為0.057GPa，相對VN提