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采用多靶反应磁控溅射技术,制备一系列不同Ti含量的W-Ti-N复合膜,不同Si含量的W-Si-N复合膜和不同Mo含量的W-Mo-N复合膜。利用X射线衍射仪,能谱仪,扫描电子显微镜,纳米压痕仪,高温摩擦磨损试验机对复合膜的微结构,成分,硬度和室温及高温摩擦性能进行表征。研究不同Ti含量,不同Si含量和不同Mo含量对复合膜微结构,力学性能和摩擦性能的影响。并深入探讨了复合膜的致硬机理和摩擦机制。 对不同Ti含量的W-Ti-N复合膜研究表明:W-Ti-N呈fcc结构,Ti的加入使W-Ti-N薄膜沿(200)面择优生长。在Ti含量少于23.48％时,随着Ti含量的增加,薄膜的晶格常数变大,衍射峰向小角度偏移。当Ti含量达到33.05%时,W-Ti-N(111)衍射峰消失。Ti含量为5%-20%(原子分数)时,薄膜硬度处于峰值区,硬度值最高可达39GPa,摩擦系数在0.4左右。当Ti含量高于20%时,硬度随着含量增加而急剧下降,摩擦系数随着Ti含量的增加而急剧升高。 对不同Si含量的W-Si-N复合膜的研究结果表明:当Si含量为0-13.37%时,随着Si含量的增加,复合膜的(111)晶面衍射峰减弱,复合膜呈(200)面择优生长。同时硬度逐渐升高,在Si含量为13.37%时,硬度达到最大值为37.3GPa。进一步增加Si含量,复合膜向非晶态转变。而薄膜的硬度也开始下降。常温摩擦系数随着Si含量的增加先减小后增大,Si的加入明显改善了W-N薄膜常温摩擦性能,摩擦系数最低可达0.3049。但并没有明显改善其高温摩擦性能。 对不同Mo含量的W-Mo-N复合膜的研究结果表明:当Mo含量为0-42.85%时,Mo原子替换W-N中的W原子形成固溶体,呈现面心立方结构。当Mo含量为61.04%-63.72%时,薄膜为由面心立方的(W,Mo)2N和Mo2N组成的两相结构。W-Mo-N复合膜的硬度均比W-N的硬度高,随着Mo含量的增加先增加后减小。当Mo含量为42.85%时,复合膜获得最大硬度,硬度可达33.5GPa。硬度的升高与晶格畸变有关。两相出现后,复合膜硬度减小至29.5GPa。添加Mo元素改善了W-N的常温和高温摩擦性能。室温摩擦系数最低可达0.2586,相比单层的W-N薄膜的摩擦系数(0.4237)明显降低。高温下,W-Mo-N复合膜的摩擦系数随着温度的升高先增加后减小。并对高温下W-Mo-N复合膜Magnéli相的作用和自适应机制进行了讨论。