多元Cr-Mo-Si-C-N系列薄膜结构及摩擦学特性研究进展
发布时间：2021-10-30 12:57
从三元含Mo的Cr-Mo-N、Mo-Si-N、Mo-C-N薄膜到四元Cr-Mo-Si-N、Mo-Si-C-N薄膜,综述多元系列薄膜的结构、力学及摩擦学性能的研究进展;分析在不同气体压力、制备方法与参数、不同元素含量下薄膜结构的变化,阐述薄膜结构与其力学性能和摩擦学特性的关联。指出:多元Cr-Mo-Si-C-N系列薄膜结构、硬度、摩擦因数强烈受到薄膜中Mo、Si、C、N元素含量的影响,其中力学特性还与薄膜微结构紧密相关;薄膜的摩擦学特性与晶粒生长细化和作为润滑剂的无定形基质有关;在摩擦过程中发生的摩擦化学反应也有效地提高了薄膜的耐磨性。对于四元Cr-Mo-C-N和多元Cr-Mo-Si-C-N薄膜,建议进一步研究在水润滑与非润滑的不同条件下,例如在海水或者空气干摩擦环境下,是否由于薄膜结构组分的不同而有效地形成含Mo的氧化物的自润滑膜,以提高薄膜在更多场合下的适应性和减摩性。
【文章来源】：润滑与密封. 2019,44(04)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
Cr-Mo-N薄膜的显微硬度值和残余应力与Mo含量的关系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent
孀牌?霉β实脑黾樱???为－100～－300V时的薄膜弹性模量值有所增加，在260～280GPa范围内。另外，由HEO等［31］还观察到，在－200V偏压下沉积的薄膜柱状粒径比其他偏压下的薄膜小得多，这也可能增加硬度［39］。然而，在－400V的偏压条件下，由于薄膜表面增加的偏压功率使原子重新排列而导致残余应力减少，硬度值下降到18GPa。图4Cr-Mo-N薄膜的显微硬度值和残余应力与Mo含量的关系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent图5显示了不同Mo含量的Cr-Mo-N薄膜与钢球对摩时的摩擦因数［4］。发现Mo原子分数增加到30.4%时，薄膜的摩擦因数从0.45降低到0.37，这可以用摩擦化学反应来解释，在滑动过程中薄膜与潮湿环境中的水分反应，在摩擦界面处生成了具有低剪切的层状的MoO3薄层，这样的摩擦层可以起固体润滑剂的作用［40－41］。而Mo含量的增加会更加促进纳米颗粒MoO3润滑层的形成，这表明可以通过添加Mo来改善Cr-N薄膜的摩擦学性能。QI等［5］对磨损后Cr-Mo-N薄膜进行了磨痕轨迹的EDS分析，发现磨痕中含有较多的Cr、Mo和O元素，这表明在磨损过程中形成了Cr和Mo的氧化物，即发生氧化磨损。HEO等［31］也报道了不同偏压对Cr-Mo-N薄膜摩擦因数的影响。在无偏压和－400V偏压下制备的薄膜具有更高的摩擦因数，约为0.7，而在其他偏压下薄膜的摩擦因数仅为0.4～0.5。薄膜不同的微结构可对摩擦学性能造成一定的影响，无偏压下沉积的薄膜，其微观表面显示出更多的颗粒数量和更大的颗粒尺寸，这些颗粒具有明?
测Si是以Mo2N晶格中的溶解原子或以非晶形存在。图6不同Si含量的Mo-Si-N薄膜的X射线衍射图Fig6X-raydiffractionpatternsofMo-Si-NfilmswithvariousSicontents如图7所示为薄膜中元素Mo和Si原子比为4.2时Mo-Si-N薄膜中Si2p的XPS图谱［6］。在结合能101.7eV处出现的峰对应于Si3N4中的Si-N键;此外，没有对应于Si-Si键(99.28eV)和Si-Mo键(99.56eV)的峰出现。LIU等［6］由XPS光谱的峰面积推导了Mo、Si和N元素之间的原子比，结果证实了Mo-Si-N薄膜中是Mo2N和Si3N4的化学计量。这与文献［44］报道的结果非常吻合，其中在Ti-Si-N薄膜中，硅主要以Si3N4的形式存在。而对于所沉积的Mo-Si-N薄膜，结合图6所示的XＲD图谱［42］，可以得出结论:薄膜中Si元素的唯一状态是无定形的Si3N4，并且不存在Si或者Mo的硅化物。图7Mo和Si的原子比为4.2的Mo-Si-N薄膜的Si2p峰的XPS谱Fig7XPSspectraofSi2ppeakforMo-Si-NfilmswhentheatomicratioofMotoSiis4.2如图8所示为Mo2N和Mo-Si(10%)-N薄膜的横截面HＲTEM图像、选择区域衍射图(SADP)和暗场TEM图像［42］。可以观察到Mo2N薄膜的微观结构具有良好生长的结晶相和大晶粒尺寸的柱状结构;在Mo-Si(10%)-N薄膜中发现了由结晶相Mo2N和无定形Si3N4组成的纳米复合结构;此外，添加Si元素时，Mo2N的大柱状组织变为相对具有多个取向的精细晶粒。晶格和非晶形?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical,Microstructural and Tribological Properties of Reactive Magnetron Sputtered Cr-Mo-N Films[J]. Dongli Qi,Hao Lei,Tiegang Wang,Zhiliang Pei,Jun Gong,Chao Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
本文编号：3466770
【文章来源】：润滑与密封. 2019,44(04)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
Cr-Mo-N薄膜的显微硬度值和残余应力与Mo含量的关系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent
孀牌?霉β实脑黾樱???为－100～－300V时的薄膜弹性模量值有所增加，在260～280GPa范围内。另外，由HEO等［31］还观察到，在－200V偏压下沉积的薄膜柱状粒径比其他偏压下的薄膜小得多，这也可能增加硬度［39］。然而，在－400V的偏压条件下，由于薄膜表面增加的偏压功率使原子重新排列而导致残余应力减少，硬度值下降到18GPa。图4Cr-Mo-N薄膜的显微硬度值和残余应力与Mo含量的关系Fig4Micro-hardnessandresidualstressofCr-Mo-NfilmsasafunctionofMocontent图5显示了不同Mo含量的Cr-Mo-N薄膜与钢球对摩时的摩擦因数［4］。发现Mo原子分数增加到30.4%时，薄膜的摩擦因数从0.45降低到0.37，这可以用摩擦化学反应来解释，在滑动过程中薄膜与潮湿环境中的水分反应，在摩擦界面处生成了具有低剪切的层状的MoO3薄层，这样的摩擦层可以起固体润滑剂的作用［40－41］。而Mo含量的增加会更加促进纳米颗粒MoO3润滑层的形成，这表明可以通过添加Mo来改善Cr-N薄膜的摩擦学性能。QI等［5］对磨损后Cr-Mo-N薄膜进行了磨痕轨迹的EDS分析，发现磨痕中含有较多的Cr、Mo和O元素，这表明在磨损过程中形成了Cr和Mo的氧化物，即发生氧化磨损。HEO等［31］也报道了不同偏压对Cr-Mo-N薄膜摩擦因数的影响。在无偏压和－400V偏压下制备的薄膜具有更高的摩擦因数，约为0.7，而在其他偏压下薄膜的摩擦因数仅为0.4～0.5。薄膜不同的微结构可对摩擦学性能造成一定的影响，无偏压下沉积的薄膜，其微观表面显示出更多的颗粒数量和更大的颗粒尺寸，这些颗粒具有明?
测Si是以Mo2N晶格中的溶解原子或以非晶形存在。图6不同Si含量的Mo-Si-N薄膜的X射线衍射图Fig6X-raydiffractionpatternsofMo-Si-NfilmswithvariousSicontents如图7所示为薄膜中元素Mo和Si原子比为4.2时Mo-Si-N薄膜中Si2p的XPS图谱［6］。在结合能101.7eV处出现的峰对应于Si3N4中的Si-N键;此外，没有对应于Si-Si键(99.28eV)和Si-Mo键(99.56eV)的峰出现。LIU等［6］由XPS光谱的峰面积推导了Mo、Si和N元素之间的原子比，结果证实了Mo-Si-N薄膜中是Mo2N和Si3N4的化学计量。这与文献［44］报道的结果非常吻合，其中在Ti-Si-N薄膜中，硅主要以Si3N4的形式存在。而对于所沉积的Mo-Si-N薄膜，结合图6所示的XＲD图谱［42］，可以得出结论:薄膜中Si元素的唯一状态是无定形的Si3N4，并且不存在Si或者Mo的硅化物。图7Mo和Si的原子比为4.2的Mo-Si-N薄膜的Si2p峰的XPS谱Fig7XPSspectraofSi2ppeakforMo-Si-NfilmswhentheatomicratioofMotoSiis4.2如图8所示为Mo2N和Mo-Si(10%)-N薄膜的横截面HＲTEM图像、选择区域衍射图(SADP)和暗场TEM图像［42］。可以观察到Mo2N薄膜的微观结构具有良好生长的结晶相和大晶粒尺寸的柱状结构;在Mo-Si(10%)-N薄膜中发现了由结晶相Mo2N和无定形Si3N4组成的纳米复合结构;此外，添加Si元素时，Mo2N的大柱状组织变为相对具有多个取向的精细晶粒。晶格和非晶形?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical,Microstructural and Tribological Properties of Reactive Magnetron Sputtered Cr-Mo-N Films[J]. Dongli Qi,Hao Lei,Tiegang Wang,Zhiliang Pei,Jun Gong,Chao Sun. Journal of Materials Science & Technology. 2015(01)
本文编号：3466770
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