221 / 2019-03-28 12:00:41

纳米复合膜的共格界面强化机制

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作为一种新型的超硬薄膜材料，纳米复合膜已在诸多体系中取得了大于40 GPa超高硬度，在保护性涂层材料领域取得了广泛的应用。至于该薄膜的强化机制，诸多学者提出了不同的模型，未有统一的结论。本研究选取以NbSiN、TiNiN、AlYN和TiSiCN纳米复合膜为研究对象，利用反应磁控溅射技术制备了具有不同界面相厚度的纳米复合膜，对其微观结构、力学性能和强化机制进行了深入研究。结果表明：这些纳米复合膜均具有界面相(Si3N4、Ni、Y等)包裹纳米晶粒(NbN、TiN和AlN)的纳米复合结构。随着界面相厚度的初始增加，界面相(Si3N4、Ni、Y等)会在相邻纳米晶粒的作用下发生晶化，并能协调相邻纳米晶粒(NbN、TiN和AlN)之间的生长位向差，使界面相与相邻纳米晶粒之间保持共格外延生长，此时位错运动受到共格界面的阻碍，使纳米复合膜产生超硬效应。随着界面相的进一步增厚，界面相不能保持与相邻纳米晶粒之间的共格界面，对位错运动的抑制作用消失，纳米复合膜的硬度和弹性模量相应下降。NbSiN、TiNiN、AlYN和TiSiCN纳米复合膜的强化源于纳米晶粒和结晶界面相之间形成的共格外延界面，其强化的微结构模型可以表示为nc-TmN/c-Interface模型(TmN代表Transition element nitride，Interface前面的“c”代表crystallized)。