TiN/NbN纳米多层膜的微结构与超硬度效应

采用反应溅射法制备了一系列不同调制周期的 Ti N/Nb N纳米多层膜 ,并使用 X射线衍射分析 ( XRD)、透射电子显微镜 ( TEM)和显微硬度计表征了薄膜的调制结构、界面结构和显微硬度 .结果表明 :Ti N/Nb N多层膜具有周期性良好的调制结构 ,调制界面清晰、平直 ;薄膜呈现为多晶外延生长的面心立方结构 ;薄膜硬度出现异常升高的超硬度效应 ,并在调制周期为 8.3nm左右达到硬度峰值 ( HK 3 9.0 GPa)

TiN/NbN纳米多层薄膜的交变应力场和超硬效应

为了研究纳米多层薄膜的超硬效应 ,采用反应溅射法制备从 1 4nm至 2 7nm不同调制周期的一系列TiN/NbN纳米多层膜。高分辨电子显微镜对薄膜的调制结构和界面生长方式的观察发现 ,TiN/NbN膜具有很好的调制结构 ,并呈现以面心立方晶体结构穿过调制界面外延生长的多晶超晶格结构特征。显微硬度测量表明 ,TiN/NbN纳米多层膜存在随调制周期变化的超硬效应。薄膜在调制周期为 8 3nm时达到HK39 0GPa的最高硬度。分析认为 ,两种不同晶格常数的晶体外延生长形成的交变应力场 ,对材料有强化作用 。

TiN/Si_3N_4纳米多层膜的生长结构与超硬效应

采用磁控溅射方法制备了一系列不同Si3N4和TiN层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,采用X射线衍射、高分辨电子显微分析和微力学探针表征了薄膜的微结构和力学性能,研究了Si3N4和TiN层厚对多层膜生长结构和力学性能的影响。结果表明:当Si3N4层厚小于0.7 nm时,原为非晶的Si3N4在TiN的模板作用下晶化并与之形成共格外延生长的柱状晶,使TiN/Si3N4多层膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应。最高硬度和弹性模量分别为34.0 GPa和353.5 GPa。当其厚度大于1.3 nm时,Si3N4呈现非晶态,阻断了TiN的外延生长,多层膜的力学性能明显降低。此外,TiN层厚的增加也会对TiN/Si3N4多层膜的生长结构和力学性能造成影响,随着TiN层厚的增加,多层膜的硬度和弹性模量缓慢下降。

多弧离子镀制备TiN/AlN纳米多层膜及其超硬效应

采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备TiN/AlN纳米多层膜,并对TiN/AlN纳米多层膜的表面形貌、调制机构进行表征。通过对薄膜显微硬度的测试发现,纳米多层膜的显微硬度明显高于TiN或AlN单层薄膜的显微硬度,具有明显的超硬效应。对比试验表明,TiN/AlN纳米多层膜涂层刀具比TiN涂层刀具具有更长的使用寿命。

NbN/TaN纳米多层膜的微结构及超高硬度效应

用磁控反应溅射的方法在不锈钢基片上制备了NbN／TaN纳米多层薄膜，试验采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及显微硬度仪对薄膜的微结构和硬度进行分析，结果表明：在NbN／TaN多层膜中，NbN层为面心晶体结构，TaN层为六方晶体结构；NbN／TaN纳米多层膜存在超硬效应，在调制周期2．3～170nm这一放宽的范围内保持超高硬度，硬度最大值HK达51.

TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长

研究了TiN/SiC纳米多层膜中的晶体互促生长效应,采用磁控溅射法制备了一系列不同厚度SiC和TiN的TiN/SiC纳米多层膜以及TiN、SiC单层膜.利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪分析了多层膜的微结构.结果表明,尽管TiN和SiC的单层膜分别以纳米晶态和非晶态存在,但由TiN和SiC通过交替沉积形成的纳米多层膜却能够生长成为晶体完整性良好的柱状晶并呈现强烈的择优取向,显示了一种异质材料晶体生长的相互促进作用.纳米多层膜中的晶体互促生长效应与新沉积层原子在先沉积层表面上的移动性有重要关系.

TaN/NbN纳米多层膜的力学性能与耐磨性

采用反应溅射在多靶溅射仪上制备了调制周期小于 73 .2nm的一系列TaN/NbN纳米多层膜和TaN ,NbN单层薄膜 ,并采用透射电子显微镜、显微硬度计和凹坑研磨仪研究了薄膜的微结构、力学性能和耐磨性。结果表明 ,具有成分周期变化的TaN/NbN纳米多层膜在其调制周期为 2 3～ 17 0nm范围内产生硬度异常升高的超硬效应 ,最高硬度达到HK 5 1 0GPa ;磨损实验表明 ,TaN/NbN纳米多层膜耐磨性远高于TaN和NbN单层膜 ,其主要原因是调制结构中大量界面的存在 ,提高了薄膜的韧性。

反应磁控溅射TiN/AlON纳米多层膜的微结构与显微硬度

采用Ti靶和Al_2O_3靶在Ar、N_2混合气氛中进行反应磁控溅射的方法,制备了一系列不同AlON层厚度的TiN/AlON纳米多层膜,利用EDS、XRD、HRTEM和微力学探针研究了AlON的形成条件以及AlON调制层厚的改变对多层膜生长方式和显微硬度的影响.结果表明,在Ar、N_2混合气氛中对Al_2O_3进行溅射,N原子会部分取代Al_2O_3中的O原子,形成非晶态的AlON化合物.在TiN/AlON纳米多层膜中,由于TiN晶体层的模板效应,AlON层在厚度小于0.6 nm时被强制晶化并与TiN形成共格外延生长结构,多层膜显示出最高硬吱达40.5 GPa的超硬效应;进一步增加AlON的层厚,其生长模式由晶态向非晶态转变,破坏了多层膜的共格外延生长结构,多层膜的硬度随之降低.

TiN／Si_3N_4纳米多层膜硬度对Si_3N_4层厚敏感性的研究

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si_3N_4层厚的TiN/Si_3N_4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si_3N_4层厚微小改变而显著变化的原因．结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si_3N_4层在其厚度小于0．7nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38．5 GPa．Si_3N_4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低．

SiO_2层晶化对TiN/SiO_2纳米多层膜结构和性能的影响

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同SiO2调制层厚的TiN/SiO2纳米多层膜.利用X射线衍射,X射线能量色散谱、扫描电子显微镜、高分辨电子显微镜和微力学探针表征和研究了多层膜的生长结构和力学性能.结果表明,具有适当厚度(0.45-0.9nm)的SiO2调制层,在溅射条件下通常为非晶态,在TiN层的模板作用下晶化并与TiN层共格外延生长,形成具有强烈(111)织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高的超硬效应(最高硬度达45GPa).随着SiO2层厚度的继续增加,SiO2层转变为非晶态,阻断了多层膜的共格外延生长,使纳米多层膜形成非晶SiO2层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降.

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN/AlN纳米多层膜,对该薄膜的结构研究表明,随着调制周期的减小,稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相,形成以TiN/AlN超晶格结构为主的薄膜。并从与标准图谱的对比中可知,TiN/AlN超晶格是AlN在立方TiN簿膜的影响下,在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。另研究显示,TiN/AlN薄膜具有一定的超硬效应以及在硬质合金刀具上优良的使用性能。

TiN/AlN纳米多层膜的调制结构研究

纳米多层膜具有多种物理性能和力学性能的异常效应，其中超模量、超硬度效应为近年来的研究热点之一。本文采用高分辨透射电子显微镜（ＨＲＥＭ）研究了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜的微结构并对其力学性能的变化给予解释。ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜采用反应溅射法在日本产Ａ...

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备和研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN/AlN纳米多层膜,随着调制周期的减小,稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相,形成以TiN/AlN超晶格结构为主的超硬薄膜。与标准图谱的对比可知,TiN/AlN超晶格是AlN在模板立方TiN材料的影响下,在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。试验表明TiN/AlN薄膜具有良好的耐腐蚀性能以及使用寿命。

TiAlN/TiN纳米多层膜的微结构与力学性能

采用多靶反应磁控溅射制备了一系列TiAlN层厚固定,TiN层厚在一定范围内连续变化的不同调制结构的TiAlN/TiN纳米多层膜,并使用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、纳米压痕仪和CETR-UMT-3型多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微观结构和力学性能进行了表征和分析。研究结果表明:TiAlN/TiN纳米多层膜形成了周期性良好的成分调制结构,其中TiN层的插入并没有打断TiAlN层的柱状晶生长。在一定的调制周期下,TiN层和TiAlN层能够形成共格外延生长结构,多层膜呈现硬度异常升高的超硬效应,当TiN层厚约为1.6 nm时多层膜的硬度达到最大值50 GPa,并具有相比于TiAlN单层膜更低的摩擦系数。进一步增加TiN层厚,由于多层膜共格界面结构的破坏,多层膜的硬度随之降低。

Si含量对NbN/CrSiN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射工艺在Si底片依次沉积NbN、CrSiN纳米层,通过改变靶材的Si含量,制备出一系列NbN/CrSiN纳米多层膜。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪研究Si含量对NbN/CrSiN纳米多层膜显微结构和力学性能的影响。实验结果表明,随着Si含量的增加,NbN相的结晶程度先增加后降低,薄膜的硬度和弹性模量也是先增高后降低,在n(Si)∶n(Nb)=3∶22时获得最高硬度和弹性模量,分别为31.92和359.3GPa。显微结构表征表明,当n(Si)∶n(Nb)=3∶22时,NbN/CrSiN纳米多层膜柱状晶生长状况最好,CrSiN层在NbN层的模板作用下转变为面心立方结构,并与NbN层呈共格外延生长。薄膜力学性能的提高主要与CrSiN与NbN形成的共格外延生长结构有关。

Si含量对NbN/TiSiN纳米多层膜微观结构和韧性的影响

采用磁控溅射工艺在硅基底上交替沉积NbN和TiSiN纳米层,通过改变靶材的Si含量,制备出一系列NbN/TiSiN纳米多层膜。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪研究Si含量对NbN/TiSiN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着Si含量的增加,NbN相的结晶程度先增加后降低,薄膜的硬度、弹性模量和韧性也呈现出先增加后降低的趋势,当Si∶Ti=3∶22时,NbN/TiSiN纳米多层膜的硬度、弹性模量和韧性最高,分别为24.8 GPa、280.2 GPa和1.89 MPa·m^(1/2)。结构表征表明:当Si∶Ti=3∶22时,NbN/TiSiN纳米多层膜的柱状晶生长状况最好,TiSiN层在NbN层的模板作用下转变为面心立方结构,并与NbN层呈共格外延生长。

调制比对电弧离子镀Cr/TiN纳米多层膜力学性能的影响

采用电弧离子镀技术,通过改变调制比沉积Cr/TiN纳米多层膜。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪研究了调制比对Cr/TiN纳米多层膜表面形貌、微观结构以及力学性能的影响。结果表明,纳米多层膜表面致密、平滑均匀,膜层与基底结合良好,膜层综合力学性能优异,出现明显的纳米效应和界面效应。当调制比为2∶3时,纳米多层膜的硬度达最大值33.22GPa。

TiN／Si_3N_4纳米晶复合膜的微结构和强化机制

采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN／Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN／a-Si3N4模型有很大不同;复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0．5-0．7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面．进一步采用二维结构的TiN／Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0．7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应．由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1．0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低．基于以上结果,本文对TiN／Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN／a-Si3N4模型的新解释．

Ti(C,N)复合膜和TiN/Ti(C,N)多层膜组织和显微硬度

采用非平衡反应磁控溅射的方法在Si(100)基片上沉积Ti(C,N)复合膜和不同调制周期、调制比的TiN/Ti(C,N)纳米多层薄膜。薄膜的微观结构和力学性能采用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计进行表征。结果表明,Ti(C,N)复合膜的微观结构和力学性能与掺入C的含量有关;TiN/Ti(C,N)纳米多层膜的微观结构和力学性能与调制周期和调制比有关,其显微硬度在一定的调制周期和调制比范围内出现了超硬现象。Ti(C,N)、TiN/Ti(C,N)均为δ-NaCl面心立方结构;Ti(C,N)复合膜显微硬度提高是因为固溶强化,TiN/Ti(C,N)纳米多层膜硬度的提高主要是共格外延生长在界面处产生的交变应力场。