纳米复合超硬薄膜的摩擦学行为及其热稳定性研究

马胜利   徐可为

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，西安710049

摘要：纳米复合超硬薄膜是指硬度大于40GPa的一类薄膜材料，主要由过渡族金属的氮化物和氮化硅组成，可用通式表示为：nc-M_nN/a-Si₃N₄(M=Ti, W, V---)，其微结构特征是nc-M_nN纳米晶镶嵌于a-Si₃N₄非晶骨架中。此类薄膜呈现出优异的强韧性协同增强能力，具有巨大的工程应用潜力。

本文用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积方法获得了Ti-Si-N、Ti-Si-C-N及Ti-Al-Si-N系列纳米复合薄膜。结合微观结构和力学性能表征，分析了薄膜的化学组成、纳米微结构及其与硬度的关系；重点对比了纳米复合薄膜的室温和高温摩擦学行为及其转变特征，发现通过成分优化设计可以获得既具有超高硬度又呈现低摩擦系数的高质量Ti-Si-C-N纳米复合薄膜材料体系。此类纳米复合超硬薄膜可望用于既要求耐磨又要求减摩的工件，特别是那些要求高温下仍能保持高硬度和低摩擦的特殊工件。

关键词：纳米材料，超硬薄膜， 摩擦学，工模具

国家973项目（2004CB619302）、国家自然科学基金项目（50371067）、国家自然科学基金重大国际合作项目（50420130033）以及国家自然科学基金重点项目（50531060）共同资助。