al、si对tin及mo2n基薄膜微观组织、力学及摩擦磨损性能影响

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1、分类号：TG174.44密级：公开学号：102060020工学硕士学位论文Al、Si对TiN及Mo2N基薄膜微观组织、力学及摩擦磨损性能的影响学生姓名：鞠洪博指导老师：许俊华教授江苏科技大学二O一三年六月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringEffectofAlandSiontheMicrostructure,MechanicalandTribologicalpropertiesofTi

2、NandMo2NbasedfilmsSubmittedbyNameHongboJuSupervisedbyProfessorNameJunhuaXuJiangsuUniversityofScienceandTechnologyJune,2013江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本

3、人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□√。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要采用射频磁控溅射法

4、，制备了一系列不同Mo含量的TiMoN、TiAlMoN薄膜，不同Al含量的TiAlN、MoAlN薄膜及不同Si含量的TiSiN、MoTiSiN薄膜。研究了各薄膜微观结构、力学及摩擦磨损性能。TiMoN薄膜为fcc结构。Mo含量小于68.37%时，薄膜主要为Mo在TiN中的置换固溶体；当Mo含量大于68.37%时，薄膜主要为Ti在Mo2N中的置换固溶体。薄膜显微硬度随Mo含量的增加显著升高，最高为36.37GPa。薄膜的摩擦系数随Mo含量的升高而降低，并最终稳定在0.4左右。TiMoN薄膜具有优异-6-82

5、的耐磨性能，磨损率在1×10---1×10mm/N之间。TiMoN薄膜摩擦磨损性能受环境温度的影响显著，按平均摩擦系数及磨损率随环境温度的变化趋势，可分为A-C三区间：25-200℃(A)、200-300℃(B)、300-600℃(C)。在三区间内，随环境温度的升高，平均摩擦系数的变化趋势依次为升高、稳定、降低；磨损率的变化趋势依次为降低、稳定、升高。采用“绝热法”定量计算了磨痕氧化物的相对含量，结果表明，氧化物的相对含量变化趋势与磨损率的相同。分析认为，A区间内，由磨痕生成的具有润滑作用、易磨损的层状氧

6、化物相对含量及磨痕吸附的水汽等润滑物共同作用，导致平均摩擦系数及磨损率出现上述变化；磨痕氧化物的相对含量是导致B、C区间平均摩擦系数及磨损率变化的主要原因。TiAlMoN薄膜为fcc结构。当Mo含量小于30.07%时，此时薄膜主要为Mo固溶在TiAlN中的置换固溶体，薄膜硬度随Mo含量的增加缓慢升高，薄膜平均摩擦系随Mo含量的增加缓慢降低；当Mo含量大于44.61%时，薄膜主要为Ti、Al固溶在Mo2N中的置换固溶体，薄膜硬度及平均摩擦系数较之前者有明显改善，且随Mo含量变化不大；当Mo含量为34.31%

7、时，薄膜主要存在两种固溶体，即Mo固溶在TiAlN中的置换固溶体和Ti、Al固溶在Mo2N中的置换固溶体薄膜硬度及平均摩擦系数在上述两者之间。薄膜组织转变是造成硬度及平均摩擦系数变化的主要原因。Al含量对TiAlN薄膜微观结构及性能影响显著：当Al含量小于49.38%时，TiAlN薄膜为fcc结构，随Al含量的升高，薄膜硬度逐渐升高，室温摩擦系数逐渐降低；当Al含量大于49.38%时，薄膜为fcc+hcp混合结构，薄膜硬度逐渐降低，室温摩擦系数逐渐升高。受磨痕表面氧化相的影响，TiAlN薄膜（Al含量为4

8、9.38%）平均摩擦系数随环境温度的升高逐渐降低。MoAlN薄膜(XAl=5.95%-29.37%)为fcc结构,具有(111)择优取向.薄膜主要为Al固溶在Mo2N中的置换固溶体,其化学式可近似表示为(MoxAl1-x)2N.薄膜显微硬度、弹性模量随Al含量的增加而逐渐降低,抗塑变能力先增强后降低.分析表明,薄膜显微硬度主I摘要要受固溶强化、细晶强化和VEC值的影响.在高温环境下,薄膜中Al原子易于向表层扩散生成致密的Al2