不同溅射技术制备MoN涂层的结构、力学和摩擦学性能研究

目的沉积条件对MoN涂层的微观结构、力学性能及摩擦学性能的影响至关重要,溅射技术决定了涂层的沉积条件,研究不同溅射技术对MoN涂层的结构及性能的影响。方法采用射频、脉冲和中频反应磁控溅射技术在单晶硅片和W18Cr4V高速钢上制备MoN涂层,利用X射线衍射、能谱仪、场发射扫描电镜、划痕仪、纳米压痕仪和高温摩擦磨损试验机等探究不同溅射技术制备的MoN涂层在显微结构、力学性能和摩擦学性能等方面的差异。结果采用射频电源制备的MoN涂层以六方相δ-MoN为主,采用中频直流电源和脉冲直流电源制备的MoN涂层以面心立方相γ-Mo_(2)N为主。随着氮气流量的增加,采用射频电源制备的MoN涂层的硬度先增加后减小,最大硬度为22 GPa,采用中频直流电源和脉冲直流电源制备的MoN涂层的硬度逐渐减小。采用射频电源制备的MoN具有最高的膜基结合力,临界载荷(FLc_(2))达到20 N以上,采用其他2种电源制备的MoN涂层的膜基结合力较低。在室温下,采用不同电源制备的MoN涂层的摩擦因数均较大。在300℃时,在磨痕内检测到β-MoO_(3),脆性氧化层容易磨损,导致摩擦因数增加。随着温度的升高,涂层表面发生氧化,生成了大量具有润滑作用的α-MoO_(3),摩擦因数逐渐下降。结论溅射技术对MoN涂层的微观结构和力学性能有着重要影响,采用射频电源制备的MoN涂层呈现出最优的力学性能和摩擦学性能。