v含量对zrvcn薄膜微结构及力学性能与摩擦性能的影响

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1、第18卷第6期粉末冶金材料科学与工程2013年12月、，0118No．6MaterialsScienceandEngineeringofPowderMetallurgyDec．2013V含量对ZrVCN薄膜微结构及力学性能与摩擦性能的影响马冰洋，喻利花，许俊华(江苏科技大学材料科学与工程学院，镇江212003)摘要：采用非平衡磁控溅射法制备不同v含量的ZrVCN复合薄膜，利用能谱分析、x射线衍射以及纳米压痕仪与摩擦磨损仪等研究V含量对薄膜的成分、微结构、硬度与摩擦性能的影响。结果表明，ZrVCN复合膜呈现fcc结构，V的加入使薄膜衍射峰升高并变得尖锐，随V含量增加衍

2、射峰向大角度方向偏移。随v含量增加，薄膜硬度先增加后降低，V与zr的原子比n(V)／n(Zr)为0．31的薄膜硬度最高，为33．1GPa。薄膜的室温摩擦性能和700℃下的摩擦性能均随V含量增加而提高。n(V)／n(Zr)为0．69的ZrVCN薄膜在具有高硬度(26．3GPa)的同时兼具良好的室温和高温摩擦性能，其室温和700℃高温下的摩擦因数分别为0．40和0．48。关键词：ZrVCN薄膜；微结构；力学性能；摩擦性能；Magn61i相中图分类号：TQ174文献标识码：A文章编号：16730224(2013)6．0869．05InfluenceofVonmicr0st

3、ructure，mechanicalandtribologicalpropertiesofZrVCNcompositefilmMABing—yang，YULi—hua，XUJun—hua(MaterialsScienceandEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003，China)Abstract：ZrVCNthinfilmswithdifferentVcontentsweredepositedbyreactiveunbalancedmagnetronsputtering，t

4、heirmicrostructure，mechanicalandtribologicalpropertieswereinvestigatedbyXRD，nanoindentationandtribometer．TheresultsindicatethatZrVCNminfilmshaveafcccrystalstructureandtheintensitiesofdiffractionpeaksbecomemorehigherandsharperafterVaddition．WithincreasingVcontent．thehardnessofZrVCNthinf

5、ilmsincreasesatfirstthendecreasesrapidly．ThehardnessofZrvCNthinfilmachievesthemaximumvalueof33．1GPawhenV／ZriS0．31．ThefrictioncoefficientofthefilmsincreaseswithincreasingVcontentatroomtemperature．AndthefrictioncoefficientofthefilmsdecreaseswithincreasingVcontentat700℃．FinallytheZrvCNfil

6、mwithV／Zrratioof0．69hasbothhighhardnessandexcellenttrbologicalproperties．Keywords：ZrVNthinfilm；nanostructure；mechanicalbehavior；tribologicalproperties；Magn61iphase以TiN为代表的过渡族金属氮化物作为工具涂式切削等工艺的出现，对涂层在极端服役条件下的切层，有力地推动了数控机床和制造业规模化生产的发削性能提出了更高的要求，二元的过渡金属氮化物薄展，被称之为工具技术的“金色革命”。ZrN薄膜的硬膜已难以满足其苛

7、刻的服役要求。添加合金元素的多度和耐磨性等重要性能不亚于TiN，甚至更优，显示元化是改善这类薄膜结构及综合性能的重要途径【5]。出作为工具涂层的巨大潜力，因此对ZrN薄膜的研究研究表明，向TiN薄膜中加入C形成TiCN复合薄膜日益受到重视【J-4]。可显著提高薄膜的硬度(达47GPa)[1、降低薄膜的摩随着制造技术的高速发展，尤其是高速切削、干擦因数以及提高薄膜的摩擦磨损性能【8]。V元素在基金项目国家自然科学基金资助项H(51074080)；江苏省自然科学基金资助项目(BK2008240)收稿日期2012—12．26；修订日期：213—05—06通讯作者喻利花