Mo和C含量对AlCrN薄膜组织和性能的影响

摘要：

AlCrN薄膜因其具有优异的力学性能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、力学性能及摩擦学性能的影响仍须进一步探索.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、耐磨损性并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-MaN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Al203对偶球更低的磨损率.对比分析AlCrN薄膜在不同Mo和C含量下的力学性能及摩擦学性能,揭示Mo和C的作用机理,可对其实际应用场景提供指导.

关键词：AlCr(MoC)N薄膜、微观结构、硬度、残余应力、摩擦磨损性能

所属期刊栏目：35

分类号：TG178;TH117(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;贵州省科学技术基金黔科合基础资助项目

在线出版日期：2023-02-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：286-296