Zr靶功率对(WMoTaNb)ZrxN薄膜微观组织及性能的影响

作者：曹丽娜; 邵文婷^*; 陈建; 王富强; 武上焜; **; 要玉宏; 刘江南

来源：表面技术, 2022, 51(09): 160-167.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.016

• 反应磁控溅射
• (WMoTaNb)ZrxN薄膜
• 硬度
• 膜基结合力
• 摩擦学性能
• 抗烧蚀性能

目的 提高(WMoTaNb)ZrxN薄膜的硬度与弹性模量、膜基结合力、摩擦磨损及抗烧蚀性能。方法 采用反应磁控溅射技术，通过对Zr靶功率的调控，在单晶Si和M2高速钢基体上制备不同Zr含量的(WMoTaNb)ZrxN薄膜。采用FESEM对薄膜的表面及截面形貌进行观察，利用XRD对薄膜的物相组成进行分析，采用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦磨损试验机分别对薄膜的硬度、膜基结合力及摩擦磨损性能进行表征，通过氧–乙炔烧蚀试验对薄膜的抗烧蚀性能进行测定。结果 (WMoTaNb)ZrxN薄膜主要由FCC和BCC固溶体结构组成，Zr元素引入后，薄膜FCC(200)晶面衍射峰消失，FCC(111)与(311)晶面衍射峰强度增强。随着Zr靶功率的增加，薄膜中Zr元素含量逐渐增加，薄膜的硬度与弹性模量先增大、后减小，膜基结合力呈现不规律变化，薄膜的抗烧蚀性能逐渐提升。薄膜的摩擦系数随着Zr靶功率的增加而增大，但维持在0.65～0.95。当Zr靶功率为40 W时，制备的薄膜硬度、弹性模量及膜基结合力均达到最大，分别为27.9 GPa、291.3 GPa、84 N，此时薄膜的磨痕深度最小为227 nm。结论 Zr靶功率为40 W时制备的薄膜硬度、弹性模量、膜基结合力、摩擦磨损与抗烧蚀性能最佳。

• 单位
  材料与化工学院; 西安工业大学