CrN和CrAIN薄膜的微观结构及在不同介质中的摩擦学性能.pdf

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1、第25卷第6期中国表面工程VoL25No．62012年12月CHINASURFACEENGINEERINGDecember2O12doi：10．3969／j．issn．1007—9289．2012．06．006CrN和CrAIN薄膜的微观结构及在不同介质中的摩擦学性能*付英英，李红轩，吉利，刘晓红，周惠娣，陈建敏(1．中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，兰州730000；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：采用中频非平衡反应磁控溅射技术在单晶硅P(111)和不锈钢(1Cr1

2、8MnSNiSN)基材上制备了CrN和CrA1N薄膜。利用x射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和纳米压痕仪对薄膜的相结构、化学组成、表面形貌、断面结构和力学性能进行了测试分析。利用球一盘式摩擦磨损试验机(CSM)考察了两种薄膜在不同介质(空气、自来水、oil一1(TA0—40)及oil一2(150BS))中和A1z0。球对磨的摩擦学性能。结果表明：CrN薄膜中A1元素的掺杂并未改变薄膜晶体结构，但却降低了薄膜的表面粗糙度、增强

3、了薄膜的致密性、提高了薄膜的力学性能、改善了水润滑和油润滑条件下薄膜的摩擦学性能。由于CrN和CrA1N薄膜的摩擦磨损性能显著依赖于测试介质，因此重点讨论了它们在不同介质中的摩擦磨损机理。关键词：磁控溅射；CrN薄膜；CrA1N薄膜；摩擦磨损中图分类号：TG174．442文献标识码：A文章编号：1007—9289(2012)06—0034—08MicrostructureandTribologicalPropertiesofCrNandCrAINFilmsUnderDifferentContactCo

4、nditionsFUYing—ying～，LIHong—xuan，jILi，LIUXiao—hong，ZHOUHui—di，CHENJian—rain(1．StateKeyLaboratoryofSolidLubrication，LanzhouInstituteofChemicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Lanzhou730000；2．GraduateUniversityoftheChineseAcademyofSciences，Beijing100049)A

5、bstract：CrNandCrA1Nfilmsweredepositedonsiliconandstainlesssteelsubstratesbymiddlefrequencyunbalancedreactivemagnetronsputtering．Thecrystalconstruction，chemicalcomposition，surfacemorphologies，cross—sectionalstructureandmechanicalpropertiesoftheresultantf

6、ilmswerestudiedbyX—raydiffrac—tion(XRD)，X—rayphotoelectronspectroscopy(XPS)，atomicforcemicroscope(AFM)，fieldemissionscan—ningelectronmicroscopy(FESEM)andnano—indentationinstrument，respectively．Thetribologicalpropertiesofthestudiedfilmsunderdifferentcont

7、actconditions(air，runningwater，oil一1(TAO一40)andoi1—2(150BS))slidingagainstA12O3ballswereinvestigatedbyball—on—disktribometer(CSM)．TheresultsshowthatthedopingofCrNfilmwithA1elementdoesnotchangeitscrystalconstruction，howeverdecreasesitssurfaceroughness，en

8、hancesitscompactness，andimprovesitsmechanicalpropertiesandtribologicalbehav—iorsunderwater—andOil—lubricatedconditions．AsthetribologicalpropertiesoftheCrNandCrA1Nfilmsarestronglydependentoncontactconditions，specialattentionisbein