α-SiNx纳米多层薄膜结构及性能的影响.pdf

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1、第33卷第1期摩擦学学报Vo133No12013年1月TribologyJan，2013基体偏压对反应磁控溅身寸ZrN／et—Si纳米多层薄膜结构及性能的影响胡明，高晓明，张立平，伏彦龙，杨军，翁立军，刘维民(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，甘肃兰州730000；2．中国科学院大学，北京100039；3．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)摘要：采用中频磁控溅射技术在3种偏压条件下(0、一80、一300V)于AISI440C钢及单晶si(100)基体表面制备了ZrN／a—SiN纳米多层薄膜．通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了各纳

2、米多层薄膜微观组织结构，并通过纳米压人仪与真空球一盘摩擦试验机分别测试了各薄膜力学及真空摩擦学性能．重点研究了基体偏压对ZrN／o~一SiN纳米多层薄膜微观组织结构，进而对其力学及摩擦学性能的影响机制．结果表明：较低的基体偏压会导致纳米多层薄膜中ZrN层差的结晶状态，而较高的基体偏压则易于引起ZrN层与SiN层层间界面的交混．上述两种薄膜组织及结构的变化均不利于该纳米多层薄膜力学及摩擦学性能的改善．在适宜的偏压条件下(一80V)，ZrN／~一SiN薄膜呈现出具备良好层间界面的晶体／非晶体纳米多层结构，与其他偏压条件制备的纳米多层薄膜相比，该薄膜表现出更好的力学及摩擦学性能．关键词：ZrN／c

3、~一SiN纳米多层薄膜；基体偏压；微观结构；机械及摩擦学性能中图分类号：TH117．1文献标志码：A文章编号：1004—0595(2013)01—0029—07EfectsoftheBiasVoltageontheMicrostructure，MechanicalandTribologicalPropertiesofZrN／a—SiNxNanoscaledMultilayerFilmsHUMing，GAOXiao—ming，ZHANGLi—ping，FUYan—long，YANGJun，WENGLi—iun，LIUWei—min(J．StateKeyLaboratoryofSolidLubr

4、ication，LanzhouInstituteofChemicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Lamhou730000，China2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beifng100039，China3．ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China)Abstract：TheZrN／a—SiNnanoscaledmultilayerfilmsweredep

5、ositedunderdifferentsubstratebiasvoltagebyreactivemagnetronsputtering．Themicrostructuresofthesefilmswereanalyzedusinghighresolutiontransmissionelectronmicroscope(HRTEM)．Themechanicalandtribologicalpropertiesofthesefilmswerecomparativelyinvestigatedbynanoindenterandball—on—disctribometerinvacuumcond

6、ition．respectively．TheresultsrevealthatlowerbiasconditionmayresuhZrNlayerscharacterizedwithamorphous(oramorphous—like)microstructrueinmuhilayerfilms．AndthehigherbiasvoltageconditionmayresultmixingofinterfacesbetweenZrNlayersandSiNlayersinmuhilayerfilms．Thetransformationfromcrystaltoamorphousmicrost

7、ructureofZrNlayersandinterfacemixinginmuhilayerfilmsmaybothdegradethemechanicalandtribologicalpropertiesoftheZrN／a—SiNnanoscaledmultilayerfilms．TheappropriatebiasReceived12March2012，revised9November2012，acc