磁控溅射沉积Hf-Mo-N复合薄膜及摩擦性能研究文献综述

 2022-11-29 16:49:17

文献综述

摘要:由于氮化物薄膜具有良好的耐磨性、抗氧化性和耐蚀性,在加工工具和工程材料得到了结构性应用,又由于其化学惰性好、导电性低而被用作功能性或半导体材料。本研究为改善润滑薄膜的结合性能,延长润滑薄膜的寿命,获得能适用于高温的长寿命减摩耐磨薄膜。本文综述了磁控溅射的基本原理,讨论了不同的Mo含量对复合薄膜的晶体结构以及物理性能的影响,最后总结出复合薄膜的力学性能和摩擦性能得到提高的Mo的最佳含量。

关键词:Hf1-xMoxNy复合薄膜,磁控溅射,摩擦性能,力学性能

1 引言

现代科技的飞速发展对薄膜材料性能的要求越来越高并且日趋多样化,各种复合薄膜材料应运而生。如不同的电、磁特性和导热系数等,以适应特殊环境下对薄膜功能性的要求。通过采用物理和化学沉积技术制备得到的致密氮化物薄膜,能显著改善切削工具的切削性能和模具的耐磨性能,延长其使用寿命,在现代化工业生产中具有广泛的应用前景。所有这些特性很难结合到一个单一的材料上,因此发展新型更可靠的复合薄膜很有挑战性。

2 HfN的简介

HfN作为过渡族金属氮化物之一晶体结构为B1-NaCl结构[1],具有与TiN非常相似的性能,而TiN系硬质涂层具有高硬度、高耐磨性和低摩擦系数等特性[2], 使其在工业生产中获得了广泛应用,但随着研究的深入, TiN硬质涂层存在着结合力弱、脆性大、易剥落等缺点。然而对于HfN来说,其具有熔点高、化学惰性好、与人体生物相容性好、导热导电性好等其他性能,因此在许多技术应用中具有潜在的用途,特别是作为栅极金属,因为其工作性能可以根据其组成成分进行调整,但是其摩擦学性能却相对较差[3,4]。因此需要通过进一步的提高HfN的性能,如加入另一种元素组成Hf-X-N。

3 掺杂钼的氮化铪

由于含钼硬质涂层在摩擦磨损过程中能够生成MoO3润滑相,是有效的防护涂层,并且掺杂钼对氮化铪材料具有一定的强化作用,有望提高氮化铪材料的耐磨性,但润滑相的含量对自润滑材料的摩擦磨损性能[24-26]有很大影响, 若润滑相含量较低, 其供给不能弥补摩擦磨损过程的消耗, 不仅没有润滑作用, 反而会增大摩擦系数; 若润滑相含量适中, 会形成有效的润滑膜, 降低摩擦系数; 然而当润滑相含量较高时, 则会降低材料的机械强度等性能[18-23]。此外摻杂钼对氮化铪的电导率影响也尚不明确。在此之前, 少有有关Mo含量对HfMoN复合涂层摩擦性能影响的详细报道。

4 磁控溅射

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