Si元素掺杂硬质薄膜的制备及摩擦学特性的研究开题报告

1. 研究目的与意义

过渡族金属氮化物因其具有硬度高、高温抗氧化、耐腐蚀和摩擦系数低等优点，而常被用来作为高速钢和硬质合金表面的耐磨涂层。因此本次毕业设计的目的就是深入研究Si掺杂对CrCN薄膜的结构和性能的影响规律，掌握制备掺Si薄膜的方法和工艺参数，说明不同工艺参数对薄膜结构的影响规律，阐述掺Si薄膜在水润滑条件下的磨损机制，探讨掺Si薄膜的水润滑摩擦学特性随实验条件的变化规律。研究成果是希望能拓宽水润滑技术用薄膜的种类和设计思路，提高我国绿色摩擦学的研究水平。

2. 国内外研究现状分析

碳基薄膜和过渡金属碳氮化物薄膜是很好的水润滑部件表面改性薄膜。目前，人们主要侧重于碳基薄膜（如类金刚石碳、非晶氮化碳和类石墨碳)水润滑摩擦性能研究，与碳基薄膜相比，过度金属碳氮化物具有高硬度、低摩擦、耐腐蚀、低内应力和高韧性等优点。若在CrN薄膜中掺杂Si元素，随着Si掺杂量的增加，CrSiN薄膜的柱状生长被打断，呈现颗粒状晶粒，甚至在Si含量较高时，CrN晶界模糊，涂层中存在非晶态SiNx。由于摩擦化学反应形成的非晶Si-Cr氢氧化合物层，涂层的硬度一般会随Si元素加入而增大，摩擦系数和磨损率也会伴随薄膜相变而产生相应的变化。与CrN薄膜相比，CrCN薄膜具有高硬度、低摩擦系数、优异的耐磨和耐腐蚀性。现在，国内外只有少量文献涉及到CrSiCN薄膜的成分、结构和力学性能的研究，而对于其在水润滑环境中的摩擦磨损机理还不甚了解。因为我们需要深入研究Si掺杂对CrN、CrCN薄膜的结构和性能的影响规律。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：制定si元素掺杂到crn薄膜的制备工艺，分析不同工艺参数对薄膜组成的影响及薄膜的水润滑摩擦学特性的研究。

时间安排：

1、查阅相关资料文献，熟悉课题内容，了解薄膜技术发展历程和制备的技术重点，以及特殊元素对薄膜特性的影响，提前设定好实验时所需调整和改变的工艺参数以及所需记录的实验数据参数。 2周

4. 研究创新点

过渡族金属氮化物由于可以被用来作为高速钢和硬质合金表面的耐磨涂层。近年，人们通过在CrN涂层中掺入Al、Ti、Mo等过渡族合金元素，进一步提高涂层的性能，取得了显著的成果。Si元素具有提高材料的硬度和抗化学扩散的功用，但对该元素对薄膜的摩擦特性的影响的研究还很少。希望通过实验的方式对CrSiCN膜制备工艺及性能进行研究，来分析Si元素掺杂对CrN基薄膜性能的影响，对研究多元复合薄膜的发展起到一定的实际意义。