Si含量对TaN/TiSiN纳米多层膜结构和性能的影响

采用磁控溅射技术在304不锈钢和硬质合金刀片上交替沉积TaN、TiSiN层,制备不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压痕仪、原子力显微镜和摩擦磨损试验机等仪器的测试结果来表征其微观结构、硬度、表面粗糙度及摩擦学等性能。不同Si含量的TaN/TiSiN纳米多层膜均在(200)晶面呈现择优取向,并且衍射峰随着Si含量的增加向右偏移,当Si含量为10%时,衍射峰的偏移量最大。随着Si含量的增加,TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度先升高后降低,当Si含量为10%时,硬度最大,达到25.8 GPa。表面粗糙度值随着Si含量的增加先减小后增大,随后又减小,当Si含量为15%时,TaN/TiSiN纳米多层膜的表面最光滑,表面粗糙度值最小,为Ra 2.34 nm。摩擦系数和主切削力均随着Si含量的增加先减小后增大,当Si含量为15%时,摩擦系数最小,耐磨性能最好,主切削力最小;研究结果表明,掺入适量的Si元素可以有效地提高TaN/TiSiN纳米多层膜的硬度、耐磨性能和切削性能。

调制周期对TaN/TiSiN纳米多层膜微观结构与性能影响

使用磁控溅射仪沉积一系列不同调制周期的TaN/TiSiN纳米多层膜。采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机分析与表征纳米多层膜微观结构和性能,研究调制周期对TaN/TiSiN纳米多层膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明,TaN/TiSiN纳米多层膜均为面心立方结构,在(111)晶面和(200)晶面呈现择优取向。当调制周期为25nm时,TaN/TiSiN纳米多层膜硬度最大值为30.9GPa,摩擦系数与磨损量最小。TaN/TiSiN纳米多层膜的位错穿过TaN层与TiSiN层界面时将受到多层膜界面对其施加的镜像力作用,阻碍位错的运动,引起薄膜的强化。