硬质多层膜研究进展

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1、万方数据第14卷第1黧207年2月金褒耱能耪辩MetallicFunctionalMaterialsV01．14，No。1February，2007硬质多层膜研究进展刘宏玉(武汉科技大学理学院，武汉430081)擒要：总结了疆凑多溪貘竣善力学性锈、摩擦经髓、离瀣畿诧缝麓、腐缓佳畿懿方法及避餍，指凄了鸯效途径。关键谢：硬质膜；多层；力学性能；摩擦性能；抗高温氧化性；抗腐蚀性中图分类号；TB33文献标识码：A文章编号：1005--8192(2007)01--0037--04ResearchProgress

2、inHardMultilayerCoatingsLIUHong—yu(School蠢Science，WuhanUniversity《ScienceandTechnology，Wuhan430081，China)ABSTRACT：Improvementandprogressinmechanical，tribologicalproperties,high-temperatureoxidationandcorro—sionresistanceofhardmuhilayercoatingsweresummar

3、ized。Efficientmethodswereputforward．KEYWORDS：hardfilm；muhilayer；mechanicalproperty；tribologicalproperty；high--temperatureoxidationresist—-ance；corrosionresistancel引言以TiN为代表的硬质单层膜，建于明显改善材料表丽的力学性能和摩擦性能，而广泛应用在机械、冶金、电子等领域。硬质多层膜由于可集中不同单层材料鳇优点；增强膜一基结合n3；多层界面霹

4、打暾柱状晶的生长∞3，使裂纹改变方向或阻挡位错运动；增加涂层的韧性和硬度，因而比单层膜具有更好的性麓03。鑫Koehler∞提滋增强多层复合材料的理论方法后，硬质多层貘龙其是怒晶格薄膜、纳米多层膜的研究逐渐成为热点，不但照著改善力学性能和摩擦性能，丽且还明显改善耐高温氧化性及抗腐蚀性等。本文对硬质多层膜的力学性能、摩擦性能、高温氧化性能、腐蚀性能进行了总结评述并指出了有效途径。2力学性能2，1簇一基绩合强度增强膜一基结合强度的方法主要有∞：在基体、涂层间沉积一过渡层；弧离子刻蚀或轰击基底；加入酣着力强

5、的元素。M2锶基体程(Ti，A1)N涂层闽在显微硬度秘热膨胀系数间有较大的差异，是附着不好的原因，如表1所示。裘1曩徽硬度秘热黪涨系数对毙TablelComparisonofmierohardnessandthermalexpansioncoefficients(Ti，A1)N与WC／Co(基底)结合时，显微硬度和热膨胀系数的错配比(讯，A1)N与M2钢(簇底)夺得多。在(Ti，A1)N与M2钢闻沉积中闯屡TiN后，(H，A1)N涂层农M2钢基上的结合强度从5N提高至50N。沉积前在高压下用瓢弧粼蚀藏

6、Ti轰击几分钟，也能提高涂瀑的辩着强度。终考麓会：刘宏玉(1968一)，雯，山东瞧沫人，博士，武汉科技大学爨学院熬教授。万方数据窳属功熊材料薄膜中Cr元素的存在也有利于提高膜／基附着力。2。2硬度硬度(或强度)与晶粮尺寸D的荚系可用Hall-Petch公式来解释oj。校据这个关系，多是材料鹣硬度或强度与D-1脂成比例，其结果与位错移动和增殖所需要的临赛应力有关。睡界应力r≈Gb／D，G为剪切模量，G—E(2+2v)～；E一杨氏模量；y～泊松眈；6一位错的柏格矢量，决定滑移的数量和方向。当是粒尺寸减小时

7、，位错在纳米糨材料中增殖将非常困难，因为Frank-Read源不能在小晶粒内开动。磊粒尺寸是够小时，冁赛应力将大予屈服应力。然而，如果晶粒尺寸减小到纳米范围，则Hall-Peteh关系式不再适爝，融予晶莽滑移，枋料将变褥软纯。采用高低两种弹性模量薄膜组成的结构可导致强度增强“3，位错父能在低弹性模量的层中形成，而且成长时，出于被排斥裂晶雾褥消失。Koehler也建议一种层料为菲晶，因为非晶材料更容易调节晶格错配。Veprek等静’83凌此并发了薪材料——续米复合涂层，即晶体镶嵌在非晶慕体上。同时沉积晶

8、体和菲晶两种不同糨，哥形成缡米复合材料，前提条件是两种材料不互溶。晶粒尺寸小予20nm的材料其有非同寻常的力学和结构特性，如超硬度、高弹性模量秘热稳定性。这静纳米结构材料的铡予是：过渡金属纳米晶氮化物／非晶Si。N。，即nc-MeN／a-Si3N《；Me—Ti，W，V。这些结构硬凄霹达40～60GPa。具有高硬度的其它纳米复合材料，也可出两种缡米晶材料如TiB2／TiN、ZrN／Cu组成。晶体多层膜的调制周期入，是获得高硬度的最重要的参数。Dueros0