氮化鎢基三元納米複合超硬薄膜材料

隨著社會的發展，人類對材料的要求也越來越高，在一些應用領域，要求材料既要有柔韌性和強度，又要有一定的硬度和耐磨性，如機械加工中的切削刃具、深層能源勘探用的鑽頭、機械製造中使用的模具以及發動機的缸體等。為此，人們試圖採用表面改性技術和表面塗層工藝來既保持材料基體較高的強度和韌性，又能發揮其表面塗層超硬、超強和耐磨的優勢，從而大大提高材料的耐用度和適應性。

為滿足材料的特性要求，有學者提出一種硬度高、膜層與基底間的結合力強的氮化鎢基三元納米複合超硬薄膜材料。所採用的技術方案為：氮化鎢基三元納米複合超硬薄膜材料包括基底，特別是所述基底上覆有化學式為WxM1-xN的納米複合超硬薄膜，所述化學式WxM1-xN中的W為金屬鎢、M為金屬置換物鈦、鉭或鉻、N為氮、 x的取值範圍為0.06～0.72，所述納米複合超硬薄膜由金屬鎢與金屬M的氮化物固溶相和金屬鎢相構成，或者由氮化鎢相、金屬鎢相和金屬M相構成，其晶粒尺寸為4～30nm、膜的厚度為3～7μm，其製備實驗過程如下：

步驟1，將由金屬鎢與金屬置換物構成的複合靶和基底分別置於磁控濺射設備真空室內的陰極上和樣品台中；複合靶中的金屬鎢與金屬置換物間的面積比為2∶1，複合靶與基底間的距離為50mm，金屬置換物為金屬鉭，基底為不銹鋼，在將基底置於磁控濺射設備真空室內的樣品台中之前，先對其進行拋光、清洗和甩幹。

步驟2，待真空室的真空度為1×10-3pa、基底溫度達350℃後，使真空室處於氬氮混合氣氛下，濺射 120min；其中，在使真空室處於氬氮混合氣氛前，先向真空室中通入氬氣， 並預濺射20min，然後再向真空室中通入氮氣，氬氮混合氣氛為氬氣與氮氣間的流量比為1∶1、工作氣壓為0.5Pa，濺射功率為80W，濺射結束後停止加熱基底，關閉氬氮混合氣，保持分子泵抽真空，待基底溫度為80℃後停止抽真空，自然真空下冷卻至室溫，制得氮化鎢基三元納米複合超硬薄膜材料。

對制得的氮化鎢基三元納米複合超硬薄膜分別使用場發射掃描電子顯微鏡和X-射線衍射儀進行表徵，可知超硬薄膜緻密、無孔洞和裂紋，膜的厚度為3～7μm，在對制得的氮化鎢基三元納米複合超硬薄膜分別使用納米壓痕儀、劃痕儀和摩 擦磨損實驗機進行測試後，可知超硬薄膜的硬度均大於40GPa，薄膜與基底 間的結合力均大於50N，摩擦係數均小於0.4，製備方法工藝簡單易操作，沉積的速率快、效率高，生產的成本低，適宜在高速鋼工具、硬質合金工具、以及其他耐磨工具上鍍制，適於大規模的工業化生產。

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