物理气相沉积纳米多层摩擦学薄膜制备、结构及性能研究

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题名	物理气相沉积纳米多层摩擦学薄膜制备、结构及性能研究
作者	胡明
学位类别	工学博士
答辩日期	2012-05-26
授予单位	中国科学院研究生院
导师	刘维民 ; 翁立军
关键词	磁控溅射纳米多层薄膜力学性能摩擦学性能耐原子氧性能 Magnetron sputtering Nanoscale multilayer films Mechanical properties Tribological properties AO resistance properties
学位专业	材料学
中文摘要	采用磁控溅射技术分别制备了陶瓷基纳米多层ZrN/α-SiN_x硬质耐磨薄膜与金属基纳米多层Ag/Cu、Cr/Ag、Ag/Si以及Ag/SiN_x润滑薄膜。研究了制备工艺对纳米多层摩擦学薄膜组织结构的影响规律。系统考察了各纳米多层摩擦薄膜的力学性能及在一定工况条件下（如较高速度、较高摩擦载荷以及原子氧环境等）的摩擦学性能。重点探讨了纳米多层摩擦学薄膜制备工艺-结构-性能三者之间的关系。本论文主要研究结果如下： 1. 采用磁控溅射技术制备了不同调制周期ZrN/α-SiN_x纳米多层薄膜。非晶SiN_x层的周期性介入不仅使ZrN晶体层晶粒细化，还对纳米多层薄膜晶体取向有显著影响。较低脉冲偏压会降低沉积粒子表面迁移能力，从而导致纳米多层薄膜ZrN薄膜层不能良好结晶，而较高脉冲偏压会引起纳米多层薄膜层间界面混合。“尖锐”层间界面以及ZrN薄膜层晶粒细化是ZrN/α-SiN_x纳米多层薄膜机械性能提高的关键因素。 2. 采用磁控溅射技术制备了不同调制周期Ag/Cu纳米多层薄膜。一定厚度的Cu薄膜层可以显著降低Ag/Cu纳米多层薄膜晶粒尺寸，并减小纳米多层薄膜表面粗糙度。Ag/Cu纳米多层薄膜硬度显著提高，晶粒细化以及晶界滑移作用减弱是该薄膜硬度提高的主要原因。Ag/Cu纳米多层薄膜在真空条件下表现出较好的低摩擦、高耐磨性能。 3. 采用磁控溅射技术制备了不同调制周期Cr/Ag纳米多层薄膜。纳米尺度Cr薄膜层可以显著提高Ag基润滑薄膜与钢基体的膜-基结合强度。特别是，Cr、Ag薄膜层间易于形成晶体择优取向，从而形成晶体结构基本一致的层间界面，这进一步改善了Cr/Ag纳米多层薄膜层间结合性能和承载能力。Cr/Ag纳米多层薄膜在真空环境、较高速度以及较高摩擦载荷条件下表现出较好的综合摩擦学性能。 4. 采用磁控溅射技术制备了Ag/Si、Ag/SiN_x纳米多层薄膜。原子氧（AO）辐照试验前后，Ag/Si、Ag/SiN_x纳米多层薄膜均表现出较好的固体润滑性能。AO辐照条件下，纳米尺度非晶Si及SiN_x薄膜表面形成的致密SiO₂氧化层阻碍后续AO的氧化侵入，使Ag/Si、Ag/SiN_x纳米多层薄膜呈现出良好的耐原子氧性能。
公开日期	2013-04-01
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.77.64.217/handle/362003/2787]
专题	兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室兰州化学物理研究所_先进润滑与防护材料研究发展中心
推荐引用方式 GB/T 7714	胡明. 物理气相沉积纳米多层摩擦学薄膜制备、结构及性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012.