宽固溶区过渡金属氮化物MNx(M=Ti,Zr,Hf)硬质薄膜原子尺度强化机制研究

• 作者: 刘一奇 姜辛 林国强 董闯 邰凯平 韩克昌
• 来源期刊: 金属学报
• 学科: 物理学
• 关键词: 过渡金属氮化物薄膜 电弧离子镀 成分 力学性能 强化机制
• 年，卷（期）: 2016,（12）
• 页码范围: 1601-1609
• 页数: 9页
• 分类号: O53
• 语种: 中文
• DOI: 10.11900/0412.1961.2016.00078

摘要

采用增强磁过滤电弧离子镀技术在单晶Si基片上制备了3组不同过渡金属的氮化物薄膜MNx(M=Ti,Zr,Hf).利用FESEM,GIXRD,XPS,Nano Indenter等方法对MNx薄膜的形貌、厚度、相结构、成分、元素的化学态、残余应力、弹性模量和硬度等进行了表征.结果表明,3组MNx薄膜均在较宽的成分范围内表现为fcc单相结构,并且同组薄膜间的择优取向、厚度、晶粒尺寸和残余应力等均基本保持一致;特别是3组薄膜的硬度和弹性模量均随N成分x的变化而变化,并且都在x=0.82附近出现性能峰值.分析表明,MNx薄膜与成分相关的性能增强,其决定性因素不在于介观尺度的晶粒细化、择优取向及内应力等,而是取决于原子尺度的化学键合及电子结构等因素.