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真空 ›› 2022, Vol. 59 ›› Issue (5): 28-31.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2022.05.05

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多弧离子镀Zr/ZrN多层膜的力学性能研究*

刘洋, 张雅楠, 高晟元, 赵祯赟, 郑明昊, 黄美东   

  1. 天津师范大学物理与材料科学学院,天津 300387
  • 收稿日期:2022-01-04 出版日期:2022-09-25 发布日期:2022-09-28
  • 通讯作者: 黄美东,教授。
  • 作者简介:刘洋(1997-),女,山西省忻州市人,硕士。
  • 基金资助:
    *天津市大学生创新创业项目(202010065084)

Research on Mechanical Properties of Zr/ZrN Multilayers by Multi-arc Ion Plating

LIU Yang, ZHANG Ya-nan, GAO Sheng-yuan, ZHAO Zhen-yun, ZHENG Ming-hao, HUANG Mei-dong   

  1. College of Physics and Materials Science, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China
  • Received:2022-01-04 Online:2022-09-25 Published:2022-09-28

摘要: 采用多弧离子镀膜法制备了ZrN单层膜和不同调制比的Zr/ZrN多层膜,研究了调制比对多层膜力学性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和微米压痕仪分别测试了薄膜的物相结构、表面形貌、硬度和结合力。结果表明:多层膜中ZrN有较高的结晶度,膜层表面形貌平整,组织结构致密,分布有球状Zr颗粒;Zr/ZrN多层膜的硬度高于单层ZrN薄膜,并随着调制比的增加先增大后减小,调制比为1∶1时,Zr/ZrN多层膜的硬度达到1541.58Hv,结合力为51.61N。

关键词: 多弧离子镀, 调制比, ZrN, Zr/ZrN多层膜, 力学性能

Abstract: The multi-arc ion plating method was adopted to prepare ZrN single-layer films and Zr/ZrN multilayers with different modulation ratios, respectively, and the effects of modulation ratio on mechanical properties of the multilayers were studied. X-ray diffractometer, scanning electron microscopy and micro-indenter were used to characterize the phase structure, surface morphology, hardness and adhesive strength of the films. The results show that the ZrN layer within the multilayers has higher crystallinity. Surface morphology of the films is flat, and microstructure of the surface is dense. Some spherical Zr particles are distributed on the surface. Hardness of the Zr/ZrN multilayers is higher than that of the single ZrN film, and it first increases and then decreases with the modulation ratio. When the modulation ratio is 1∶1, hardness of the Zr/ZrN multilayers reaches 1541.58 Hv, while the adhesive strength is 51.61N.

Key words: multi-arc ion plating, modulation ratio, ZrN, Zr/ZrN multilayers, mechanical property

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