CrAlN/WS₂纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

刘京京¹，李伟^1,2，孟佳²，刘平¹，张柯¹，马凤仓¹，刘新宽¹，陈小红¹，何代华¹

1. 上海理工大学材料科学与工程学院2. 中国科学院特种无机涂层重点实验室

摘 要：采用反应磁控溅射工艺在Si基体上沉积了不同调制周期的CrAlN/WS₂纳米多层膜,采用X射线衍射仪（XRD）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、纳米压痕仪和HSR-2M涂层摩擦磨损试验机、扫描电子显微镜（SEM）,研究了调制周期对CrAlN/WS₂纳米多层膜微观结构和力学性能的影响。研究结果表明,WS₂层厚度低于0.8nm时,六方结构的WS₂在CrAlN的模板作用下转变为B1-NaCl型面心立方结构并与CrAlN层发生共格外延生长,使薄膜得到强化,在WS₂层厚度为0.8nm时,薄膜硬度和弹性模量达到最大,分别为37.3和341.2GPa。随着WS₂层厚度的进一步增加,WS₂又转变回六方结构,使薄膜共格外延生长结构破坏,结晶度降低,耐磨性增强,硬度和弹性模量减小。CrAlN/WS₂纳米多层膜的摩擦系数均在0.2⁰.3之间,远低于单层CrAlN的摩擦系数的0.6,磨损率亦明显减小。获得了综合力学性能优异的CrAlN/WS₂纳米多层膜。

关键词：CrAlN/WS2纳米多层膜;微观结构;力学性能;共格外延生长;