ZrN/TiSiN纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

郑伟¹，李伟^2,3，孟佳³，刘平²，马凤仓²，刘新宽²，陈小红²，何代华²

1. 上海理工大学机械工程学院2. 上海理工大学材料科学与工程学院3. 中科院特种无机涂层重点实验室

摘 要：采用反应磁控溅射的方法,利用Zr靶与TiSi复合靶成功制备了不同TiSiN层厚度的ZrN/TiSiN纳米多层膜。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕仪研究了不同TiSiN层厚度对ZrN/TiSiN纳米多层膜的微观结构和力学性能的影响。结果表明,ZrN/TiSiN纳米多层膜主要由面心立方的ZrN相组成,随着TiSiN层厚度的增加,纳米多层膜的结晶程度先增加后降低,其硬度和弹性模量也先升高后降低。当TiSiN层厚度为0.7nm时,纳米多层膜具有最高的硬度和弹性模量,分别为28.7和301.1GPa,远超过ZrN单层膜。ZrN/TiSiN纳米多层膜的强化效果可由交变应力场和模量差理论进行解释。

关键词：ZrN/TiSiN纳米多层膜;微观结构;力学性能;共格外延生长;