2。2实验仪器 14

第三章 实验结果分析 21

3。1 薄膜微观结构分析 22

3。2薄膜的力学性能（硬度）分析 25

3。3薄膜摩擦磨损分析 26

3。4 本章总结 29

结  论 31

致  谢 32

参考文献 33

第一章  绪  论

1。1 选题的理论意义

现如今表面薄膜技术在改良材料性能方面起到了很重要的作用，尤其是硬质涂层可以提高基体材料的表面力学性能以及其化学稳定性能。硬质涂层中就包括了过渡族金属氮化物如TiN，ZrN。氮化物与基体的结合力较高，有优良的耐磨耐腐蚀能力。TiN有着较高的硬度，熔点，耐磨耐腐蚀能力，不仅仅可以作为耐磨涂层应用于磨具和切削刀具的表面强化，也可以应用于表面腐蚀和装饰[1]。随着切削加工业的发展，对于刀具的要求也更高，因此传统的二元薄膜已经不能满足切削要求，所以向薄膜中添加其他元素可改善薄膜的显微结构与综合性性能。向TiN薄膜中添加Mo，C等元素可以使得薄膜多元化，改变其微结构，因而降低它的摩擦因数，提高综合性能。向ZrN薄膜中添加Al，Si元素可以提高硬度与抗氧化性能。ZrN薄膜与TiN薄膜相比，具有更好的力学性能，热稳定性，抗氧化性能以及化学稳定性，还有ZrN薄膜拥有金黄色的色泽以及良好的耐腐蚀性能，但是同时ZrN的抗氧化温度较低，限制了它的应用。我们在考据其他薄膜时发现，在TiN薄膜中添加了Si形成的TiSiN复合薄膜，显著提高了薄膜的硬度以及它的抗氧化温度。Zr与Ti在元素周期表中属于同一族，它们在性能以及结构上近似，在Zr基薄膜中添加 Si 有可能会获得与Ti基薄膜中 Si的添加一样的成果[2]。所以这次实验通过在ZrN薄膜中添加Si，然后进行非平衡磁控溅射制备出一系列的Zr1-xSixN薄膜，研究不同的Si的含量对于薄膜的成分，显微结构，摩擦磨损性能，高温抗氧化性以及力学性能的不同的影响。

1。2 薄膜的基本信息

薄膜可以定义为：根据不同的需要，通过特殊的制备方法，于基体的表面形成厚度达到亚微米到微米级的膜层[3]。从原子的尺寸角度来看，薄膜的表面会呈现出不连续性，高低上的不平，薄膜内部会出现有空位以及位错等缺陷，并且会混入杂质。通过工艺方式上的不一样，对工艺参数的掌控，可以获得结构不同的薄膜，如单晶薄膜，非晶态薄膜，多晶薄膜，亚微米级的超薄膜以及晶体取向外延薄膜等。论文网

薄膜的基本性质：

（1）力学性质。薄膜的弹性模量很接近基体材料，但是其抗拉强度很明显大于体材料，有的能达到基体材料的200倍左右。这是因为薄膜内部有着高密度缺陷。

（2）导电性。电子的平均自由程λf和薄膜的膜厚t会影响到薄膜的导电性。当t小于λf时：岛状结构的薄膜，其电阻率将特别大；当膜厚达到数十纳米之后，薄膜的电阻率会出现极快的降低；多晶薄膜因为其晶界的接触电阻比较大从而会使得它的电阻比单晶薄膜的大。当t远大于λf时刻，体材料的电阻率将会和薄膜的电阻率差别不大，但是体材料的电阻率会小于薄膜的电阻率。

（3）电阻温度系数。膜厚t也会影响到薄膜的电阻温度系数，当t小于数十纳米时电阻温度系数呈负数，而大于数十纳米时候呈正数。