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作为材料表面改性的重要手段，硬质薄膜覆盖在材料表面而使材料具有更高硬度，更优的耐磨、耐腐蚀等优良性能。然而，传统二元过渡族金属氮化物薄膜已日渐不能满足因工业发展而需要的更为严苛的服役要求，多元化可以使薄膜性能进一步提升。为此，本文采用多靶共聚焦磁控溅射仪制备了一系列碳含量不同的TaCN复合膜和一系列银含量不同的VCN-Ag复合膜。利用X射线衍射仪、拉曼分析仪、原子力显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱仪、纳米力学测试系统和球盘式高温摩擦磨损试验机等设备研究所制备TaCN和VCN-Ag复合膜的微观结构、力学性能和摩擦磨损性能。
经过对C含量不同的TaCN复合膜的研究，可知：TaCN复合膜的相结构由面心立方(face-centered cubic, fcc)-Ta(C,N)、密排六方(hexagonal close-packed, hcp)-Ta(C,N)和非晶CNx三相组成。随着掺入进TaN中C含量的增加，TaCN复合膜硬度的变化趋势为先升高后降低；膜基结合力呈现逐渐增大的趋势；室温摩擦系数呈现逐渐下降的趋势；室温磨损率先下降后上升。C含量为28.21at.%的TaCN复合膜的摩擦系数随着测试温度由室温升高至600℃时呈现出先下降后升高再下降的趋势；高温磨损率先略微降低后逐渐增大。C含量为28.21at.%的TaCN复合膜在100-200℃区间拥有良好的摩擦磨损性能。
经过对Ag含量不同的VCN-Ag复合膜的研究，可知：三元VCN复合膜由面心立方结构(fcc)的VCN、四方结构(t)的V5CN及非晶碳和CNX四相构成；对于四元VCN-Ag复合膜，Ag以晶态的形式弥散分布于VCN薄膜中，此时VCN-Ag复合膜五相共存，为fcc-Ag、fcc-VCN、t-V5CN及非晶碳和CNX相。随着Ag含量的增加，VCN-Ag复合膜硬度的趋势为先升高后逐渐降低。VCN-Ag复合膜室温下的磨损率和摩擦系数均随着Ag含量的增加先减小后增大。在100~500℃温度范围内，VCN和Ag含量为3.03at.%的VCN-Ag复合膜的摩擦系数均随着温度的升高先增高后降低，且VCN-Ag的摩擦系数均低于VCN复合膜的摩擦系数；VCN和Ag含量为3.03at.%的VCN-Ag复合膜的磨损率均随着温度的升高逐渐增大，VCN-Ag复合膜的磨损率在整个温度范围内均高于VCN复合膜的磨损率。
经过对C含量不同的TaCN复合膜的研究，可知：TaCN复合膜的相结构由面心立方(face-centered cubic, fcc)-Ta(C,N)、密排六方(hexagonal close-packed, hcp)-Ta(C,N)和非晶CNx三相组成。随着掺入进TaN中C含量的增加，TaCN复合膜硬度的变化趋势为先升高后降低；膜基结合力呈现逐渐增大的趋势；室温摩擦系数呈现逐渐下降的趋势；室温磨损率先下降后上升。C含量为28.21at.%的TaCN复合膜的摩擦系数随着测试温度由室温升高至600℃时呈现出先下降后升高再下降的趋势；高温磨损率先略微降低后逐渐增大。C含量为28.21at.%的TaCN复合膜在100-200℃区间拥有良好的摩擦磨损性能。
经过对Ag含量不同的VCN-Ag复合膜的研究，可知：三元VCN复合膜由面心立方结构(fcc)的VCN、四方结构(t)的V5CN及非晶碳和CNX四相构成；对于四元VCN-Ag复合膜，Ag以晶态的形式弥散分布于VCN薄膜中，此时VCN-Ag复合膜五相共存，为fcc-Ag、fcc-VCN、t-V5CN及非晶碳和CNX相。随着Ag含量的增加，VCN-Ag复合膜硬度的趋势为先升高后逐渐降低。VCN-Ag复合膜室温下的磨损率和摩擦系数均随着Ag含量的增加先减小后增大。在100~500℃温度范围内，VCN和Ag含量为3.03at.%的VCN-Ag复合膜的摩擦系数均随着温度的升高先增高后降低，且VCN-Ag的摩擦系数均低于VCN复合膜的摩擦系数；VCN和Ag含量为3.03at.%的VCN-Ag复合膜的磨损率均随着温度的升高逐渐增大，VCN-Ag复合膜的磨损率在整个温度范围内均高于VCN复合膜的磨损率。