碳含量对WCN纳米复合薄膜结构和性能的影响.pdf

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1、第37卷第8期机械工程材料V01．37No．82013年8月MaterialsforMechanicalEngineeringAug．2013碳含量对WCN纳米复合薄膜结构和性能的影响王蕊，喻利花，许俊华(江苏科技大学材料科学与工程学院，先进焊接技术江苏省重点实验室，镇江212003)摘要：采用多靶反应磁控溅射技术在不同碳靶功率(碳靶功率与碳含量成正比)下制备了WCN纳米复合膜，采用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕仪和高温摩擦磨损仪等对薄膜结构和性能进行表征，研究了碳含量对WCN复合膜的影响。结果表明：随碳靶功率即碳含量的增

2、加，薄膜的物相在原单一WN相的基础上，出现了新相WCN，并且晶格常数不断增大，同时薄膜的硬度和弹性模量先升后降，在碳靶功率为120W时，两者均达到最大值，分别为36．70，409．16GPa；复合膜的常温摩擦因数和磨损率随碳含量的增加呈现先减小后增大趋势，高温时薄膜的摩擦因数高于常温的；薄膜的主要磨损机理是磨粒磨损。关键词：WCN复合膜；反应磁控溅射；微观结构；显微硬度中图分类号：TG453．4文献标志码：A文章编号：1000—3738(2013)080050—05EffectofCarbonContentonPropert

3、iesandMicrostructureofWCNNano-compositeFilms、VANGRui。YULi-hua。XUJun-hua(KeyLaboratoryofAdvancedWeldingTechnology，SchoolofMaterialsScienceandEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnology，Zhenjiang212003，China)Abstract：WCNnano-compositefilmswerefabricatedbymult

4、itargetreactivemagnetronsputteringtechnologyatdifferentCtargetpowerswhichwereproportionaltocarboncontents．ThepropertiesandmicrostructureofthesefilmswereinvestigatedbyXraydiffraction，scanelectronmicroscopy，nano—indentorandhightemperaturetribometer．Andtheeffectsofcar

5、boncontentonthepropertiesoffilmswerestudied．TheresultsshowthatanewphaseofWCNgrewinthefilmwhichhadsinglephaseofWNandthelatticeconstantofthefilmincreased，whenthepowerofCtarget(Ccontent)increased．Thehardness，elasticmodulusofcompositefilmsroscupfirstthandroppeddownwith

6、thecarboncontentincreasing，andthehighestvaluesof36．70GPaforhardnessand409．16GPaforelasticmodulusweregottenwhenthepowerofCtargetwas120W．ThefrictioncoefficientandwearrateforcompositefilmsdecreasedandthenincreasedwithincreasingofCcontentatroomtemperature．Thefrictionco

7、efficientwashigherathightemperaturethanroomtemperature．Abrasivewearwasthemainwearmechanismforthefilms．Keywords：WCNcompositefilm；reactivemagnetronsputtering；microstructure；microhardness表面硬度。但此类硬质薄膜存在高温抗氧化性较0引言差、韧性较低、内应力较大等不足。随着制造技术的在高速钢、不锈钢和硬质合金等刀具的表面涂高速发展，特别是高速切削、干

8、切削等工艺的出现，覆TiN、TiC等硬质薄膜，可大大提高其耐磨性和硬质涂层不仅要有高的表面硬度，同时要具有更好的抗高温氧化性、耐磨性。因此，寻找更合适的过渡收稿日期：20120722；修订日期：2012—10—01族金属元素制备氮化物、碳化物薄膜受到广泛关注。基金项目：国家自然科学基金资助