● 摘要
TiAlN/CrN为代表的纳米多层膜由于可集中不同单层材料的优点，是TiAlN薄膜基础上发展起来的一种超晶格薄膜材料，在机械加工领域有着广泛的应用。本文通过研究不同剂量Mo离子注入对TiAlN/CrN纳米多层膜的微观结构及性能影响，进一步提高TiAlN/CrN纳米多层膜的性能。
本文采用磁过滤阴极电弧镀方法在硬质合金基体沉积TiAlN/CrN纳米多层膜，然后通过不同剂量Mo离子注入对TiAlN/CrN纳米多层膜进行表面改性。采用小角掠入射衍射(GIXRD)方法分析了离子注入前后薄膜表层微观结构及相组成的变化。采用透射电子显微分析(TEM)方法观察TiAlN/CrN纳米多层膜在离子注入前后微观结构的变化。采用X射线光电子能谱分析(XPS)研究TiAlN/CrN纳米多层膜在离子注入后Mo元素存在的化合状态。采用纳米压痕仪测量离子注入对TiAlN/CrN纳米多层膜的硬度与弹性模量的影响。采用UMT-2试验机研究了TiAlN/CrN纳米多层膜在离子注入前后耐磨性能的变化。
TEM分析及EDS能谱结果表明，Mo离子注入后，TiAlN/CrN纳米多层膜的微观结构发生了极大的变化，超晶格结构消失，形成了非晶致密区、复合晶区、离子注入影响区、未受影响的TiAlN/CrN超晶格结构区。
GIXRD分析显示，Mo离子注入后TiAlN/CrN晶面间距及晶格常数增大；晶粒尺寸随注入剂量的增大而变小，细化了晶粒；TiAlN/CrN纳米多层膜在生长过程中(200)晶面方向的择优取向在不断变弱，有逐渐向(111)晶面方向生长转变的趋势。
XPS分析结果表明，对TiAlN/CrN纳米多层膜进行Mo离子注入后，Mo元素主要以MoO3和Mo2N化合物状态存在存在，另有少量的MoN2化合物。
Mo离子注入之后降低了薄膜表层100nm范围内的纳米硬度，而在100nm之后大致与未注入Mo离子的样品相重合；显著地降低了摩擦速率以及摩擦系数提高了TiAlN/CrN纳米多层膜的耐磨损性能。