Mo和C含量对AlCrN薄膜组织和性能的影响

来源 :中国表面工程 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hxffxh2009
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AlCrN薄膜因其具有优异的机械性能被广泛应用于金属切削领域,Mo和C的掺杂对提高AlCrN薄膜的硬度和耐磨性有理论上的可行性,然而Mo和C元素的共同作用对AlCrN薄膜的组织结构、机械性能及摩擦学性能的影响仍需进一步探索。使用中频反应磁控溅射和热丝弧离子镀复合薄膜设备在硬质合金和Si(100)表面制备AlCr(MoC)N薄膜。使用SEM、XRD和EDS分析薄膜的微观形貌、物相组成和元素含量,采用纳米压痕测试仪、摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪表征薄膜的硬度、耐磨损性以及观察薄膜的磨痕形貌。结果表明随着MoC镶嵌靶(Mo和C等面积)电流的增加,Mo和C元素含量上升,当MoC靶电流为2.5 A时,薄膜中Mo和C的含量分别升至约14.6 at.%和9.1 at.%。与AlCrN薄膜相比,AlCrMoCN薄膜中出现β-Mo2N和γ-Mo2N相,c-CrN相的生长从高表面能(111)面转变为低表面能(200)面。随着Mo和C元素含量的增加,薄膜硬度先增加后减小,靶电流为1 A时薄膜硬度达到最大值35±0.5 GPa,在MoC靶电流为2.5 A时,薄膜出现可由SEM观察到的纳米多层结构,此时AlCrMoCN薄膜硬度下降至约23±1 GPa。随着Mo和C元素含量的增加,薄膜的残余压应力由4.8±1 GPa减小至2.2±0.1 GPa。与无Mo和C薄膜相比,Mo和C的掺杂有利于降低AlCrN薄膜的摩擦因数,Mo和C含量增高,薄膜的摩擦因数大小呈现相近的趋势。AlCrMoCN薄膜在与Si3N4对偶球对磨时获得相较于Al2O3对偶球更低的磨损率。对比分析AlCrN薄膜在不同Mo和C含量下的机械性能及摩擦学性能,揭示了Mo和C的作用机理,并对其实际应用场景提供指导。
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