偏压对CrN／Si3N4纳米多层膜结构、硬度和断裂韧性的影响.pdf

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1、偏压对CrN／Si。N纳米多层膜结构、硬度和断裂韧性的影响／白晓明等·15·偏压对CrN／Si3N4纳米多层膜结构、硬度和断裂韧性的影响白晓明，张成顺，余辉，刘有军，濮春英(1空军航空大学飞行基础训练基地，长春130022；2长春工业大学材料科学与工程学院，长春130021)摘要利用磁控溅射法在不同基底偏压条件下制备了CrN／SisN纳米多层膜，分别用X射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪表征多层膜的微观结构及力学性能，结果表明，衬底偏压对CrN／Si。N纳米多层膜微观结构、界面结构、硬度和磨损性能有重要影响。漂浮电位时多层

2、膜界面粗糙，CrN呈(200)、(111)共同生长，硬度和弹性模量低，有偏压且变化时界面宽度和粗糙度变化不大，硬度和模量变化的主要原因是不同衬底偏压下的晶格畸变导致两层材料弹性模量变化和晶粒尺寸变化。基底偏压的优化有助于改善涂层的屈服应力和断裂韧性。关键词CrN／Si3N4微观结构界面结构力学性能中图分类号：TB34文献标识码：ATheEffectsofBiasonMicrostructure，HardnessandFractureToughnessofCrN／Si3N4NanolayeredCoatingsBAIXiaom

3、ing，ZHANGChengshun，SHEHui，LIUYoujun，PUChunying(1BasicFlightTrainingBase，AirForceAviationUniversity，Changchun130022；2SchoolofMaterialsScienceandEngineering，ChangchunUniversityofTechnology，Changchun130021)AbstractCrN／Si3N4multilayercoatingsweredepositedatdifferentsub

4、stratebiasbyreactivemagnetronsput—tering．Theresultsshowthatthereareimportanteffectsforsubstratebiasonthemicrostructure，interfaceandme—chanicalpropertiesofthecoatings．Theinterfaceismoreroughandthemierostructureis(200)and(111)texturewhenthereisntsubstratebias．Itresul

5、tsinalowhardnessandmodulusforCrN／si3N4multilayer．Theinterfacewidthandroughnessalmostunchangedwiththeinereaseofthebias．Thevariationofhardnessandmodulusareattri-butedtothechangesingrainsizeandmodulusvariationcausedbycrystallinedistortion．Comparedtosamplewithoutbias，t

6、heyieldstress(resistancetoplasticdeformation)andfracturetoughness(resistancetocrackpropagation)wouldbeimprovedbysubstratebias．KeywordsCrN／Si3N4，microstructure，interface，mechanicalproperty应，并且这种推测在过渡金属氮化物(如VNc、ZrN[4和0引言w。NE])与非晶Si。N纳米复合膜体系中得到了证实。与过去1O年间，利用物理气相沉积(PVD

7、)和化学气相沉TiN膜相比，CrN[6,73具有更好的耐腐蚀和抗磨损能力，其抗积(CVD)法制备的TiN基薄膜在高硬度、抗磨损、化学稳定氧化能力以及与工具钢的附着力也非常好，因此，如果CrN／性和热稳定性等方面的良好表现，使其在切削工具或机械配Si。N能够满足热力学驱动的扩散速率可控的相偏析条件而件等抗磨损领域获得了广泛的应用。Veprek等[1。报道的形成纳米晶CrN被非晶Si。N包裹的独特结构，Cr-Si-N纳超硬Ti-Si-N系纳米复合膜的硬度达到了80～105GPa，高米复合膜将成为更有前途的超硬薄膜。于金刚石的硬度

8、(70~90GPa)，他们提出了两相结构模型来利用PVD法制备CrN／Si。N纳米复合膜的报道很多，解释纳米复合膜超硬效应的致硬机理，根据这一模型，由于Martinez等_8在510K利用对靶(Cr和si靶)射频反应磁控SN与TiN的互不混融和非晶Si。N对晶粒的生长表面的溅射研究了Cr—