宽固溶区过渡金属氮化物MN_x(M=Ti,Zr,Hf)硬质薄膜原子尺度强化机制研究
来源期刊：金属学报2016年第12期
论文作者：韩克昌 刘一奇 林国强 董闯 邰凯平 姜辛
文章页码：1601 - 1609
关键词：过渡金属氮化物薄膜;电弧离子镀;成分;力学性能;强化机制;
摘 要：采用增强磁过滤电弧离子镀技术在单晶Si基片上制备了3组不同过渡金属的氮化物薄膜MN_x(M=Ti,Zr,Hf).利用FESEM,GIXRD,XPS,Nano Indenter等方法对MNx薄膜的形貌、厚度、相结构、成分、元素的化学态、残余应力、弹性模量和硬度等进行了表征.结果表明,3组MNx薄膜均在较宽的成分范围内表现为fcc单相结构,并且同组薄膜间的择优取向、厚度、晶粒尺寸和残余应力等均基本保持一致;特别是3组薄膜的硬度和弹性模量均随N成分x的变化而变化,并且都在x=0.82附近出现性能峰值.分析表明,MNx薄膜与成分相关的性能增强,其决定性因素不在于介观尺度的晶粒细化、择优取向及内应力等,而是取决于原子尺度的化学键合及电子结构等因素.
韩克昌1，刘一奇1，林国强1，董闯1，邰凯平2，姜辛2
1. 大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室2. 中国科学院金属研究所
摘 要：采用增强磁过滤电弧离子镀技术在单晶Si基片上制备了3组不同过渡金属的氮化物薄膜MN_x(M=Ti,Zr,Hf).利用FESEM,GIXRD,XPS,Nano Indenter等方法对MNx薄膜的形貌、厚度、相结构、成分、元素的化学态、残余应力、弹性模量和硬度等进行了表征.结果表明,3组MNx薄膜均在较宽的成分范围内表现为fcc单相结构,并且同组薄膜间的择优取向、厚度、晶粒尺寸和残余应力等均基本保持一致;特别是3组薄膜的硬度和弹性模量均随N成分x的变化而变化,并且都在x=0.82附近出现性能峰值.分析表明,MNx薄膜与成分相关的性能增强,其决定性因素不在于介观尺度的晶粒细化、择优取向及内应力等,而是取决于原子尺度的化学键合及电子结构等因素.
关键词：过渡金属氮化物薄膜;电弧离子镀;成分;力学性能;强化机制;
