wbnag纳米复合膜的制备及其性能研究
摘 要摘 要 采用磁控溅射的技术制备了不同Ag量的WBN-Ag纳米复合薄膜。采用XRD、SEM、EDS、CPX+NHT2+MST、UMT-2等技术研究了Ag含量对薄膜微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：Ag以单质第二相形式在晶界弥散分布；随着Ag含量的增加，WBN-Ag复合薄膜的平均晶粒尺寸逐渐减小；硬度呈下降趋势；常温下薄膜的摩擦系数由0.36降为0.26，但磨损率增大。随温度升高，摩擦系数先上升后下降，在400℃时达到最大为0.6，800℃时降为0.45。总体来说，Ag的加入有效改善了薄膜宽温域的摩擦性能，但薄膜磨损率相对增加。关键词：磁控溅射技术、复合薄膜、微观组织、力学性能、摩擦磨损摘 要 I目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 表面涂层技术的发展 2
1.2.1 表面技术 2
1.2.2 涂层技术 2
1.3 纳米级的复合薄膜 4
1.3.1 纳米复合薄膜国内外研究现状及分类情况 4
1.3.2 纳米级复合薄膜工艺方法 5
1.3.3 致硬机理 6
1.4 薄膜摩擦磨损理论 7
1.4.1 摩擦理论 7
1.4.2 影响摩擦的因素 8
1.4.3 磨损 9
1.5 选题意义与研究内容 10
1.5.1 选题意义 10
1.5.2 研究内容 11
第二章 薄膜的制备与表征 12
2.1 引言 12
2.2制备方法和设备介绍 12
2.2.1 制备的原理 12
2.2.2 制备薄膜的设备 14
2.2.3 镀膜基片的处理 14
2.3 表征方法和设备 15
2.3.1 扫描电子显微镜（SEM） 15
2.3.2 能谱仪 16
2.3.3 X射线衍射 16
2.3.4 纳米压痕综合力学测试系统 17
2.3.5 摩擦磨损试验机 18
2.3.6 三锥形貌仪 18
备 14
2.2.3 镀膜基片的处理 14
2.3 表征方法和设备 15
2.3.1 扫描电子显微镜（SEM） 15
2.3.2 能谱仪 16
2.3.3 X射线衍射 16
2.3.4 纳米压痕综合力学测试系统 17
2.3.5 摩擦磨损试验机 18
2.3.6 三锥形貌仪 18
第三章 WBNAg薄膜的制备和性能表征 19
3.1 制备 19
3.1.1样品预处理 19
3.1.2 实验流程 19
3.2实验结果与分析 20
3.2.1 WBNAg复合膜的力学性能 21
3.2.2 WBNAg薄膜的微结构 21
3.2.3 常温下WBNAg薄膜的摩擦磨损性能 24
3.2.4 不同温度下WBNAg复合膜的摩擦磨损性能 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章绪论
1.1 引言
先进的科学技术促进了机械加工的进步，这也在某种程度上对加工时采用的技术和使用的加工工具提出了挑战，其中加工技术中关于切削的技术和切削过程中使用的工具分别作为加工技术和加工工具的主要技术和工具，效率上不去，成本下不来，为了提高刀具性能，科学家们研究出了物理气相沉积技术。这么多年下来，保护刀具表面的重要技术之一便是在刀具的表面上增加一层保护膜。即刀具表面涂层技术。而且运用非常广泛在刀具的表面上涂敷一层硬质薄膜，既保留了刀具基体原来的强度和韧性又改善了刀具切削时的摩擦磨损性能，从而提高了刀具的使用寿命。
一般来说，要想纳米复合薄膜性能达到优异，必须要满足以下条件：耐磨性好，硬度高，热稳定性能好，化学特性好。所以。耐磨性好，硬度高，热稳定性能好，化学特性好得刀具涂层变成了国内外研究者们广泛的研究和重视，也是当今社会上必须作重发展的重要趋势之一。为了提高刀具表面的硬度、降低摩擦系数和良好的高温稳定性能，可通过硬质涂层加以改善，这样就可以使降低刀具的磨损率降低，不用经常换刀具，提高了刀具的使用寿命，也降低了生产加工过程的成本，从而提高了效率也节约了资源，是个非常不错的选择，为了进一步改善刀具的性能，科学家们在不断的研究探讨，这也是值得他们关注的地反，增进社会进步，加大人类文明前进的步伐，同时也需要我们作为每一个学生自己的奋斗目标，为了祖国和人类社会的和谐，我们没个人都应该担起自己的责任，好好学习科学文化知识，学好自己的专业知识，为祖国做贡献[6]。
近些年，与化学沉积法（CVD）一样，物理沉积法（PVD）作为经常用于刀具表面制作硬质涂层的最常见的方法之一，同时随着研究者不断的专研和改进涂层制备工艺，现今已涌现了一些新的制备硬质涂层实验和生产方法。目前，国内在刀具涂层制备技术主要是PVD，因为相比其它制备技术其具有很多的优点，例如工艺温度要低且工艺方案多样。在制备刀具涂层的过程中，涂层所用的材料是研究过程中必须考虑的，其中过渡族金属的氮化物的性能较优，改善刀具的表面性能，是研究者非常关注的，如改善热稳定性、硬度等。
随着科学技术和制造业的发展，传统的刀具涂层已不能满足现代加工对刀具的苛刻要求。虽然近年来，在探求新的硬质涂层和改进硬质涂层的制备工艺方面取得重大进步，但如何设计和制备出极端条件下智能的适应刀具涂层依旧是研究者关注和研究的重点[4]。
1.2 表面涂层技术的发展
1.2.1 表面技术
当今社会上，为了改善刀具等其表面的特性，例如硬度，磨损率，韧性，抗腐蚀性能等，表面技术成了一个非常受广大学者和科学家欢迎的一门技术，在这一领域，是非常有活力有希望，有前途的，所以称为了科学家和学者们关注和研究的一个重点项目，19实际80年代以来，人们在这个项目里面也研究多年，成果不少，也进步了很多，表面技术也进展了三个总要阶段。
表面技术的最初阶段，也就是所谓的第一阶段指的就是比较传统的，而又非常单一的，很局部不全面的表面技术，比如像热喷涂技术还有气相沉积技术，包括其中比较重要的物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD，另外还有就是合称为三束表面改性的分别为激光束技术、离子束技术、电子束技术还有激光熔炼技术等等，非常之多。
在表面技术的第一阶段的基础上将传统的制备技术混合应用，能避免单一技术的不足，这就是所谓的表面技术第二阶段。较常见的技术是将气相沉积与其它制备技术融合。
随着纳米技术的开发和研究，纳米表面技术在表面技术第二阶段的基础上进展为表面技术第三阶段，当然指的就是在原来第二阶段的技术上加上了我们所谓的纳米技术，把纳米技术和表面技术有效的结合了在一起的技术，实现了其性能的大大改善，也降低了成本，节约了能源，促进了社会文明与进步，将来可能还会出现表面技术的第四阶段、第五阶段等等，可想而知，我们的表面技术在不断的发展，不断的进步。
1.2.2 涂层技术
研究和完善涂层技术是表面工程发展必须经过的一个重要阶段。至今，其发展经历了四代:
第一代涂层即单一组元涂层。随着表面技术的发展，研究者们探究出来的最新近的涂层的性能越来越好，只是到目前位子，很多被开发出来的优秀的性能的涂层技术成奔太高，还不能广泛的投放到市场中去运用。只有那些相对简单一点的才能够进入到市场中去，比较常用的涂层包括碳化钛、氮化钛、类金刚石薄膜、MoS2和少部分的聚合物。
由单一的涂层发展成为多组元，结构多样化的涂层，即所谓的第二代涂层。而被称之为第二代涂层的多组元，多结构涂层就是把两种或者两种以上的材料合成一种涂层材料，或者把多种涂层材料结合在一起形成多结构的涂层，包括组元中有些是粒子，有些是晶体，还有些可能是纤维，或者多种结合在一起制备出的涂层。多层涂层是将涂层分成两层或者多层来制备的，其每层材料可以不同，这样制备
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章绪论 1
1.1 引言 1
1.2 表面涂层技术的发展 2
1.2.1 表面技术 2
1.2.2 涂层技术 2
1.3 纳米级的复合薄膜 4
1.3.1 纳米复合薄膜国内外研究现状及分类情况 4
1.3.2 纳米级复合薄膜工艺方法 5
1.3.3 致硬机理 6
1.4 薄膜摩擦磨损理论 7
1.4.1 摩擦理论 7
1.4.2 影响摩擦的因素 8
1.4.3 磨损 9
1.5 选题意义与研究内容 10
1.5.1 选题意义 10
1.5.2 研究内容 11
第二章 薄膜的制备与表征 12
2.1 引言 12
2.2制备方法和设备介绍 12
2.2.1 制备的原理 12
2.2.2 制备薄膜的设备 14
2.2.3 镀膜基片的处理 14
2.3 表征方法和设备 15
2.3.1 扫描电子显微镜（SEM） 15
2.3.2 能谱仪 16
2.3.3 X射线衍射 16
2.3.4 纳米压痕综合力学测试系统 17
2.3.5 摩擦磨损试验机 18
2.3.6 三锥形貌仪 18
备 14
2.2.3 镀膜基片的处理 14
2.3 表征方法和设备 15
2.3.1 扫描电子显微镜（SEM） 15
2.3.2 能谱仪 16
2.3.3 X射线衍射 16
2.3.4 纳米压痕综合力学测试系统 17
2.3.5 摩擦磨损试验机 18
2.3.6 三锥形貌仪 18
第三章 WBNAg薄膜的制备和性能表征 19
3.1 制备 19
3.1.1样品预处理 19
3.1.2 实验流程 19
3.2实验结果与分析 20
3.2.1 WBNAg复合膜的力学性能 21
3.2.2 WBNAg薄膜的微结构 21
3.2.3 常温下WBNAg薄膜的摩擦磨损性能 24
3.2.4 不同温度下WBNAg复合膜的摩擦磨损性能 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章绪论
1.1 引言
先进的科学技术促进了机械加工的进步，这也在某种程度上对加工时采用的技术和使用的加工工具提出了挑战，其中加工技术中关于切削的技术和切削过程中使用的工具分别作为加工技术和加工工具的主要技术和工具，效率上不去，成本下不来，为了提高刀具性能，科学家们研究出了物理气相沉积技术。这么多年下来，保护刀具表面的重要技术之一便是在刀具的表面上增加一层保护膜。即刀具表面涂层技术。而且运用非常广泛在刀具的表面上涂敷一层硬质薄膜，既保留了刀具基体原来的强度和韧性又改善了刀具切削时的摩擦磨损性能，从而提高了刀具的使用寿命。
一般来说，要想纳米复合薄膜性能达到优异，必须要满足以下条件：耐磨性好，硬度高，热稳定性能好，化学特性好。所以。耐磨性好，硬度高，热稳定性能好，化学特性好得刀具涂层变成了国内外研究者们广泛的研究和重视，也是当今社会上必须作重发展的重要趋势之一。为了提高刀具表面的硬度、降低摩擦系数和良好的高温稳定性能，可通过硬质涂层加以改善，这样就可以使降低刀具的磨损率降低，不用经常换刀具，提高了刀具的使用寿命，也降低了生产加工过程的成本，从而提高了效率也节约了资源，是个非常不错的选择，为了进一步改善刀具的性能，科学家们在不断的研究探讨，这也是值得他们关注的地反，增进社会进步，加大人类文明前进的步伐，同时也需要我们作为每一个学生自己的奋斗目标，为了祖国和人类社会的和谐，我们没个人都应该担起自己的责任，好好学习科学文化知识，学好自己的专业知识，为祖国做贡献[6]。
近些年，与化学沉积法（CVD）一样，物理沉积法（PVD）作为经常用于刀具表面制作硬质涂层的最常见的方法之一，同时随着研究者不断的专研和改进涂层制备工艺，现今已涌现了一些新的制备硬质涂层实验和生产方法。目前，国内在刀具涂层制备技术主要是PVD，因为相比其它制备技术其具有很多的优点，例如工艺温度要低且工艺方案多样。在制备刀具涂层的过程中，涂层所用的材料是研究过程中必须考虑的，其中过渡族金属的氮化物的性能较优，改善刀具的表面性能，是研究者非常关注的，如改善热稳定性、硬度等。
随着科学技术和制造业的发展，传统的刀具涂层已不能满足现代加工对刀具的苛刻要求。虽然近年来，在探求新的硬质涂层和改进硬质涂层的制备工艺方面取得重大进步，但如何设计和制备出极端条件下智能的适应刀具涂层依旧是研究者关注和研究的重点[4]。
1.2 表面涂层技术的发展
1.2.1 表面技术
当今社会上，为了改善刀具等其表面的特性，例如硬度，磨损率，韧性，抗腐蚀性能等，表面技术成了一个非常受广大学者和科学家欢迎的一门技术，在这一领域，是非常有活力有希望，有前途的，所以称为了科学家和学者们关注和研究的一个重点项目，19实际80年代以来，人们在这个项目里面也研究多年，成果不少，也进步了很多，表面技术也进展了三个总要阶段。
表面技术的最初阶段，也就是所谓的第一阶段指的就是比较传统的，而又非常单一的，很局部不全面的表面技术，比如像热喷涂技术还有气相沉积技术，包括其中比较重要的物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD，另外还有就是合称为三束表面改性的分别为激光束技术、离子束技术、电子束技术还有激光熔炼技术等等，非常之多。
在表面技术的第一阶段的基础上将传统的制备技术混合应用，能避免单一技术的不足，这就是所谓的表面技术第二阶段。较常见的技术是将气相沉积与其它制备技术融合。
随着纳米技术的开发和研究，纳米表面技术在表面技术第二阶段的基础上进展为表面技术第三阶段，当然指的就是在原来第二阶段的技术上加上了我们所谓的纳米技术，把纳米技术和表面技术有效的结合了在一起的技术，实现了其性能的大大改善，也降低了成本，节约了能源，促进了社会文明与进步，将来可能还会出现表面技术的第四阶段、第五阶段等等，可想而知，我们的表面技术在不断的发展，不断的进步。
1.2.2 涂层技术
研究和完善涂层技术是表面工程发展必须经过的一个重要阶段。至今，其发展经历了四代:
第一代涂层即单一组元涂层。随着表面技术的发展，研究者们探究出来的最新近的涂层的性能越来越好，只是到目前位子，很多被开发出来的优秀的性能的涂层技术成奔太高，还不能广泛的投放到市场中去运用。只有那些相对简单一点的才能够进入到市场中去，比较常用的涂层包括碳化钛、氮化钛、类金刚石薄膜、MoS2和少部分的聚合物。
由单一的涂层发展成为多组元，结构多样化的涂层，即所谓的第二代涂层。而被称之为第二代涂层的多组元，多结构涂层就是把两种或者两种以上的材料合成一种涂层材料，或者把多种涂层材料结合在一起形成多结构的涂层，包括组元中有些是粒子，有些是晶体，还有些可能是纤维，或者多种结合在一起制备出的涂层。多层涂层是将涂层分成两层或者多层来制备的，其每层材料可以不同，这样制备
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/348.html
