黄东(132060052)材料工程前言

1、学 院 : 材料科学与工程学院 专 业 : 材料腐蚀科学与防护技术 学生姓名 : 黄 东 班级学号 : 132060052 教 师 : 喻利花教授 2013/12/16第一章 绪论1.1引言磨损对于我们工科的学者来说并不陌生，尤其是学习材料的学者来说应该是非常熟悉的一个名词。随着现代制造业的进步，科技的飞速发展，磨损造成的经济损失之大可能远远超出一般人的预料。资料显示：世界一次能源损失的三分之一，机电设备的70%损坏是由各种形式的磨损而引起的。减少磨损，除了润滑外，表面的改性已经引起了学术界和工业界的重视，而且表面镀膜是最近兴起的一种表面处理技术，因此，在现代化工业生产中具有广泛的应用前景。在

2、金属的各种切削加工工艺中，特别是高速切削、干切削和微润滑切削工艺的出现，对金属切削刀具技术要求是越来越高。所以涂层刀具的出现，可以称着是金属切削刀具技术发展史上的一次革命。将超硬薄膜材料镀于金属切削刀具表面，可以满足现代制造业对金属切削刀具的高技术要求，镀膜以后金属切削刀具不但能够保持其较高的强度，而且镀于表面的薄膜涂层又能发挥它“超硬、强韧、耐磨、自润滑”的优势，从而大大提高了金属切削刀具在现代加工过程中性能。此外，在不同的使用环境中，例如高温的切割，内燃机中的活塞环，潮湿的环境等，硬质薄膜材料大大提高其使用寿命。因此硬质薄膜材料可以广泛应用于机械制造，汽车工业，纺织工业，地质钻探，模具工业

3、，航空航天等领域1。实践证明，在材料表明镀一层硬质薄膜涂层材料能减少工件的摩擦和磨损，提高工件的使用效率与使用寿命，20世纪70年代PVD氮化物薄膜涂层成功应用于刀具、钻头等工具上，使其使用平均寿命比以前提高了2-10倍，大大的减少了材料的损耗。在近几年的发展中又出现了许多新型PVD镀膜技术，例如：可实现沉积过程的低温化、复合化和多层化。采用这些技术对材料的表面进行处理，可以使材料既具有较高的力学性能又具有较低的摩擦系数，以此改善材料的摩擦磨损性能，而且还可达到高合金材料的性能甚至更高的使用效果，最终实现节能、节材及提高效率的目的，并产生巨大的社会、经济效益2。1.2纳米薄膜纳米薄膜是指由尺寸

4、在纳米量级的颗粒 (或晶粒)构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的多层或单层膜，有时也称为纳米多层膜和纳米晶粒薄膜。其性能主要与膜的厚度、晶粒(颗粒)的尺寸、多层膜的结构以及表面的粗糙度有关，这些也是本文章纳米薄膜研究的主要内容。研究表明纳米薄膜比普通的薄膜具有许多独特的性能3。1.2.1多层膜在近几年薄膜的发展与应用中，薄膜技术主要应用于金属切割、钻探工具和工模具等领域。随着单层薄膜的性能不能够满足现代工业的要求，多层薄膜技术的发展也越来越引起人们的重视。从材料组合上，纳米多层膜的材料组成有金属/金属、陶瓷/陶瓷和金属/陶瓷，它们以非晶态或单晶、多晶存在，形成复杂的接口结构。由于其复杂的接口的存

5、在使其在磁学、电学、力学和光学等方面常呈现出与单层薄膜材料明显不同的性质。所以，多年以来，多层膜材料在光学、磁学、腐蚀防护、微电子以及摩擦学等很多领域有着广阔的应用。纳米多层膜是由两种或两种以上结构或成分不同的薄膜在垂直于薄膜表面方向上以纳米级厚度交替沉积形成的多层结构薄膜，如图1所示。对于A, B两种材料形成的纳米多层膜，相邻两层的厚度之和称为调制周期=lA+lB;而它们的厚度之比称为调制比R=lA : lB。研究表明，当多层膜调制周期在微米尺度范围内时，由Hall-Petch方程知多层膜的硬度随调制周期的缩短而升高，且硬度曲线会出现峰值，即所谓超硬度现象4-5。 图1.1 纳米多层膜的结构

6、示意图Fig1.1 Multilayer film structure diagram1.2.1.1 多层膜分类(1)氮化物/氮化物系列纳米多层膜氮化物具有热稳定性好、熔点高、硬度高、抗蚀和抗氧化性好等优良的特点，过渡族金属氮化物常被用于材料表面的强化，以提高基体材料的表面性能。由于多层膜大都具有高硬现象，所以氮化物/氮化物系列纳米多层膜被研究得最多。按结构的不同，此类纳米多层膜又可分为同构纳米多层膜和异构纳米多层膜。同构氮化物/氮化物多层膜具有相同的滑移系统和相同的晶体结构，且位错易于穿越亚晶界。如具有立方结构的TiN、VN、NbN和ZrN等过渡族金属氮化物，它们本身的硬度高，当采用PVD气

7、相沉积的方法将它们沉积成多层膜时，多层膜将会出现高硬度现象。Helmersson6首先研究了TiN/VN同构多层膜，发现当调制波长为5.2 nm时，其硬度最高，为5560 kg/mm2；当调制波长大于或小于5.2nm时，其硬度都会降低。Barnett等人研究了 TiN/NbN7，TiN/V，Nb1-xN8一系列同构金属氮化物/金属氮化物的纳米多层膜米的外延生长、膜中接口对位错的阻碍作用以及接口的应力应变对硬度的影响等。结果表明，当调制波长为510nm时，它们的硬度比相应的单膜硬度提高两倍以上，但由具有相近弹性模量的VN和NbN组成的多层膜，如VN/NbN9,VxNb1-xN/NbN硬度的变化却

8、不大。因此，Barnett等人认为，纳米多层膜两组分的弹性模量的差异是氮化物/氮化物多层膜硬度提高的主要原因，而晶格错配度对此类多层膜硬度的增加影响较小10。由于异构氮化物/氮化物纳米多层膜的结构差异，滑移系统的不同，膜中亚晶界对位错的移动和裂纹的扩展起阻碍作用，从而使其硬度升高。另外，在异构纳米多层膜中分膜与分膜之间不能形成共格接口或半共格接口，其中一个组分常以亚稳相的形式与另一组分在界面处形成部分共格关系。(2)金属/氮(或碳)化物系列纳米多层膜这类多层膜也出现超硬现象和致硬的原因有两点：由于金属与氮(碳)化物的晶体结构及滑移系统的不同，对位错的移动和裂纹的扩展起阻碍作用，所以引起硬度的升

9、高；延展性良好的金属与硬的氮(或碳)化物交替形成的层状结构，软金属的延展性对硬度的升高有益。 (3)金属/金属系列纳米多层膜常被用来研究膜的生长方式、多层膜硬度升高的原因、膜与基体间残余应力产生的原因及多层膜的接口状态，包括接口处两分膜相原子的匹配、扩散、晶体学位向关系及热力学稳定性。111.2.2 复合膜纳米复合膜是在薄膜基底上有纳米尺寸单晶金属或粒子的纳米复合材料。纳米复合膜是由两种以上不同材料组成，这两种材料可以是纳米晶/纳米晶和纳米晶/非晶态，这两种材料的粒子尺寸在3 - 10 nm。而传统微晶的晶粒尺寸是从100 nm到几百纳米，因此晶体塑变很大部分取决于其内部的位错。晶粒越小，在晶

10、界面上的原子也就越多，比表面积也就越大，表面能也就越高。纳米晶结构的研究是弄清纳米复合膜超硬性的关键，因此是日前研究的热点和难点。12 1.2.2.1 复合膜分类从目前的研究来看，根据薄膜调制成分的不同，复合膜可以分为两大类： (1)nc-MeN/a-AB(或nc-MeN/nc-AB)，如nc-TiN/a- Si3N4，TiN/BN，其中Me为Ti、Zr 、V和W等过渡族金属，AB为非晶氮化物、碳化物、硼化物等； (2)nc-MeN/Me*，如ZrN/Y，ZrN/Cu，其中Me*为Cu，Ni等不形成氮化物的金属。第二章 硬质纳米薄膜的合成方法及制备表征2.1化学气相沉积化学气相沉积是一种热化学

11、反应过程，是在特定的温度和经过特别处理的基体表面所经行的气态化学反应。CVD的沉积过程应该包括反应气体到达基材表面，反应气体分子被基材表面吸附，在基材表面发生化学反应，形核，生成物从基材表面脱离，生成物在基材表面扩散等过程。化学气相沉积技术有着诸多的优点：(1)薄膜的成分和性能可灵活控制：依靠控制反应气体，流量和压力，因而可以在很广的范围内控制所制备的薄膜的计量比，制备出各种高纯膜、非晶态、半导体和化合物薄膜。(2)薄膜内应力低、可以制备较厚的膜，如厚度达1mm的CVD金刚石薄膜。(3)覆盖性好，薄膜均匀程度高：由于CVD技术可以通过控制反应气体的流动状态进而控制薄膜的沉积，因此在气体可以到达

12、的深孔、阶梯，以及复杂的三维形体上，都能够得到均匀的沉积膜。缺点：有时需要在较高的温度下反应，基材温度较高；沉积速度较慢；难以进行局部沉积；气源和反应后余气大多有一定的毒性。2.2物理气相沉积物理气相沉积是利用某种真空物理过程，例如蒸发或者溅射实现物质的转移，即原子或分子由源转移到基体表面上，并沉积成薄膜。它是一种能真正获得纳米至微米级薄膜且无污染的环保型表面处理方法，在不影响基体尺寸的情况下，提高表面强度、增强耐腐性和摩擦磨损等性能。当前世界上主要采用阴极电弧技术和磁控溅射技术制备各种硬质薄膜。2.2.1阴极电弧技术(Cathode Arc)阴极电弧技术是利用真空环境下的弧光放电，使固体阴极

13、靶材蒸发、离化并通过等离子体的强化作用，飞向阳极基体表面沉积成膜。阴极电弧是一种典型的高电流(可高达数百安培)电弧，电弧以等离子体的形式来传输阴极材料，而且离子电流约占弧电流的10左右。所以，阴极电弧技术具有极高的沉积速率。被离化的靶材粒子以60至100 eV平均能量溅射出来形成高度激发的离子束，在含有惰性气体或反应气体的真空环境下沉积在基体表面，具有高能量的离子束对于提高膜基结合力和打乱膜的柱状晶结构是非常有利的，从而也可大幅度改善膜的组织结构和力学性能。然而，由于阴极电弧蒸发的过程非常激烈，与溅射过程较为平和的磁控溅射相比，阴极电弧蒸发过程中会产生较多的有害颗粒，这限制了阴极电弧技术在需要

14、优质表面场合的应用。2.2.2磁控溅射技术(Magnetron Sputtering)磁控溅射技术是一项较为成熟且被广泛应用于功能性和装饰性镀膜领域的技术。在真空磁控溅射过程中，离子与阴极碰撞使得靶材被溅射出带有46eV的颗粒，其离化率在10左右。受制于较低离化率等问题，利用平衡磁控溅射技术难以合成硬度高且表面平滑的硬质薄膜。为此，在改进现有磁控溅射系统的同时人们逐步开发出新型溅射装置。 2.3磁控溅射原理与实验设备2.3.1原理所谓溅射指的是用带有几十电子伏特(eV)以上动能的粒子或粒子束轰击固体材料表而，靠近固体材料表而的原子或分子会获得入射粒子所带能量的一部分进而向真空中放出，这种现象称

15、之为溅射。把溅射到真空中的材料(原子或分子)收集起来，使之沉积为薄膜，则为溅射镀膜。 溅射镀膜是PVD镀膜技术中的一种，其工作的基本原理是:首先利用辉光放电产生低温等离子体，在电场加速下，等离子体中的离子将获得很大的能量，去轰击制薄靶材在载能离子的轰击作用下，靶材中的原子获得了一定的能量，如果该能量克服了周围原子对它的束缚能，靶材原子就会被被溅射出来；溅射出来的原子以一定的能量飞向衬底，在这过程中将和其它气体分子不断发生碰撞、改变速度和交换能量；沉积到基片上的溅射原子就会在其表而上扩散、形核、长大，最终形成连续薄膜，如图2.1所示。用来描述溅射特征最重要的物理量就是溅射率，又称溅射产额或溅射系

16、数，它指的是入射的正离子在轰击靶阴极时，平均每个正离子能从阴极上打出的原子数。影响溅射率的因素主要有：靶材料、入射离子能量、入射离子种类、入射离子的入射角、靶材温度等。磁控溅射镀膜技术己发展成为提高薄膜质量和沉积速率的有效方法之一。磁控溅射是用永久磁铁在阴极靶而形成环型磁场区(一般称之为跑道)，磁力线由跑道的外环(或内环)指向内环(或外环)，横贯跑道，在跑道中央对应于平行靶而的磁场分量最大区域，因而大量电子被约束在溅射靶表而附近，使它们沿跑道做转圈的摆线运动，形成无终端的闭合轨迹，使电子与原子之间的碰撞几率大大增加，因而提高了等离子体体的电离率磁控溅射靶结构如图所示。相比于基本溅射过程，磁控溅

17、射过程有三个优点：(1) 等离子区仅限于目标材料附近，不会损害正在形成薄膜。(2) 电子运动的距离变得更长，增加了电子电离氩原子的概率，这意味着更多的目标原子将被轰击出来，从而提高了溅射工艺的效率。(3) 磁控溅射产生的薄膜杂质含量最小，保证了膜的质量。图2.1 磁控溅射原理示意图Fig 2.1 Schematic diagram of magnetron sputtering2.3.2实验设备本文中所有薄膜样品均是由中科院沈阳科学仪器研制中心生产的JGP-450 多靶磁控溅射仪制备得到，其外观如图2.2所示。主要由溅射室、磁控溅射靶、射频电源、直流电源、基片加热转台、基片水冷台、真空获得及测

18、量系统、电控系统、气路系统、微机控制膜层系统等组成。可实现纳米级单层膜、复合膜及多层膜的制备。图2.2 JGP450复合型高真空多靶磁控溅射设备Fig2.2 JGP450 composite type high vacuum multi target magnetron sputtering equipmentJGP-450 多靶磁控溅射仪真空腔室的内部结构如图2.3所示，具有三个在水平面互成 120角，倾角为60，靶距均为110mm左右，靶带有水冷装置以保证在制备过程中靶温度不会大幅上升，同时在其前面各有一个可由计算机精确控制开关时间的挡板，在沉积多层膜时可以精确控制各层的沉积时间。配备有一

19、个直流电源(DC)和两个射频电源(RF)。图2.3 JGP-450 多靶磁控溅射仪真空腔室的内部结构Fig 2.3 JGP-450 multiple target magnetron sputtering vacuum chamber structur2.4薄膜的制备过程本课题选用单面抛光的单晶Si片及不锈钢作为基体材料。所需试样用金相砂纸机按粗磨、细磨的顺序磨光，制得较高质量的金相试样。在基片上沉积薄膜之前，必须对基片表面进行清洗预处理，提高膜基的结合力。基片表面预处理工艺如下：（1） 丙酮中超声30清洗10min；（2） 酒精中超声30清洗10min；（3） 烘干。经预处理后，基体表面均不

20、能再有污染、水锈等残留物。把清洗后干燥的基片装入样品盘上，再将样品盘至于JGP450复合型高真空多靶磁控溅射设备的托架上。薄膜制备的工艺过程一般如下：镀前预处理抽真空通入气体引弧沉积冷却取样品、靶材清理。2.5薄膜的表征方法2.5.1 X射线衍射仪（XRD）本实验使用岛津XRD6000X射线衍射仪分析薄膜的物相组成、晶体结构和晶体取向。岛津XRD6000X射线衍射仪，如图2.4所示，采用CuK线，在40kV和30mA下操作，掠入射角为1，扫描速度为4/min。本实验中扫描范围为3080。10 图2.4 岛津XRD6000X射线衍射仪Fig 2.4 XRD-6000 X ray diffract

21、ion2.5.2 扫描电子显微镜(SEM)扫描电子显微镜(简称扫描电镜，SEM)是利用细聚焦的电子束在样品表而逐步扫描，通过收集从样品表而激发出的各种电子信号调制成像的一种微结构精密分析仪器。扫描电镜的二次电子像的分辨率可达几个纳米，放大倍率可以从几倍到20万倍左右，并具有很大的景深。由于具有分辨率较高和景深大以及样品制备简单等优点，扫描电镜在材料表而形貌，尤其是较为粗糙的表而形貌观察，例如断口分析等方而得到了广泛应用。本实验使用日本电子JSM6480扫描电镜，观察薄膜的表面形貌及厚度。 图2.5 JSM6480扫描电镜及INCA 型能谱仪Fig2.5 JSM-6480 Scanning el

22、ectron microscopy and INCA spectrometer2.5.3纳米压痕仪纳米压痕硬度计是一类先进的材料表面力学性能测试仪器。该类仪器装有高分辨的致动器和传感器，可以控制和监测压头在材料中的压入和退出，能提供高分辨率连续载荷和位移的测量，明显拓宽了传统显微硬度的能力。该技术的主要优点：可直接从载荷一位移曲线中实时获得接触面积，把人们从寻找压痕位置和测量残余面积的繁琐劳动中解放出来，这样可以大大地减少误差，非常适合于较浅的压痕深度41；能完成多种力学性能的测试，最直接测量的是硬度(H)和弹性模量(E)；对不会导致压痕周围凸起(pie-up)的材料，如大多数陶瓷、硬金属和加

23、工硬化的软金属，硬度和弹性模量的测量精度通常优于10%。 本文采用瑞士生产的CSM纳米压痕测试仪测得薄膜的硬度和杨氏模量值，每个样品测量9个点，硬度和杨氏模量去平均值。2.5.4摩擦磨损仪 本实验中采用美国CETR公司生产的UMT-2型摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦磨损性能进行检测，其外观如图2.6所示。通过其配套的三围轮廓仪来观察薄膜表而以及磨痕的二维和三维形貌。在实验进行过程中，经过计算机的处理，可以直接给出试验薄膜各位置的摩擦系数随试验时间的变化曲线以及最终的平均摩擦系数，再用三维轮廓仪测量磨损量来计算磨损率，最后结合磨痕形貌以及对磨痕产物的分析等来对薄膜的摩擦磨损性能进行综合评价。图2.6

24、 CETR 高温摩擦磨损实验机Fig 2.6 CETR High temperature friction and wear testing machine第三章 纳米薄膜的性能以及发展趋势3.1 超硬效应、超模效应 （1）多层膜超硬效应和超模效应 1977年Yang等人首次在Au/Ni和Cu/Pd纳米多层膜中发现薄膜的弹性模量和硬度在小调制周期时存在异常升高的超模量和超硬度效应。纳米多层膜这种力学性能异常效应及其强化机制吸引了许多研究者，使其成为薄膜材料的研究热点之一。随后研究发现，纳米多层膜的力学性能异常效应仅产生于某些材料组合体系中，而并非普遍存在。因而对纳米多层膜力学性能异常效应的研究

25、从探讨其强化机制的理论研究和寻找具有超模量和超硬度材料组合的实验研究两方面展开。1986年，Holleck等首次发现由二种氮化物材料交替沉积形成的纳米多层膜其成分调制周期减少到纳米量级上时存在硬度异常增高的超硬、超模量效应，使薄膜的硬度大为提高。例如:TiN/CrN最大硬度达到38GPa左右，TiNiNbN最大硬度在SOGPa左右，TiN/A1N 40GPa, TiN/TaN 40GPa等。所以，氮化物多层膜显示出了良好的发展前景。（2）复合膜超硬效应S.Veprek等人最早提出了nc-MeN/a-AB体系，并在nc-TiN/a-Si3N4体系中实现，发现其硬度可达100GPa，后来又相继在T

26、i-B-N、(Ti，Si，Al)N等金属氮化物，碳化物及硼化物体系中实现。他们认为要实现复合膜的硬度增强，TiN 晶粒尺寸必须小于10 nm ，并被非晶Si3N4完全包裹。随后Ming Kong等人13利用多层膜模拟的方法研究TiSiN复合膜，并认为Si3N4存在一临界厚度(大约0.7nm)，在此范围内Si3N4以TiN为范本而发生晶化实现共格外延生长使薄膜出现超硬效应，Si3N4厚度再增加时转变为非晶相，复合膜硬度下降。捷克的J.Musil14等人提出nc-MeN/Me*薄膜体系，对于这个薄膜体系相关的报导相对要少。Me表示Ti，Cr，Zr等过渡金属，Me*表示Cu，Ni等不形成氮化物的金属

27、， nc-MeN/Me则表示由硬质氮化物纳米晶粒和软质金属组成的一类超硬薄膜。J.Musil15等人以非平衡直流反应磁控溅射制备和研究Zr-Ni-N复合膜，发现薄膜结构及Ni含量随氮气分压的不同而有很大变化，且存在高镍和低镍两个过渡区，薄膜的最高硬度达到了35GPa。3.2热稳定性刀具材料的耐热性是判断其切削性能的重要特性。很多工具在使用过程中，由于摩擦而使局部温度升高，从而对其使用寿命产生很大影响。对于一部分由于高的压应力而引起的超硬性，只要稍微提高退火温度，压应力就会释放，硬度很快降低到基层硬度。最近的研究通过在DLC膜中加入过渡族金属、Si16等元素来降低膜中内应力，提高热稳定。DLC膜

28、中加入10%30%Si可使膜中内应力降至接近1GPa，另外，一种在DLC网络中混入-Si：O网络类金刚石纳米组元（DLC）膜17甚至可将应力降至1.0GPa以下，并显著提高膜层的热稳定性。但是，在膜中掺入杂质元素不可避免地影响了DLC膜的其它性能，如透光性、摩擦性能。3.3摩擦磨损性能摩擦是一种普遍存在于人类生产、生活以及生命活动中的自然现象。摩擦学的主要研究内容是摩擦、磨损以及润滑。摩擦、磨损和润滑问题己成为人类遇到的最普遍、最重要的问题。在外力的作用下，物体相互接触的表而之间由于相对运动而产生摩擦，摩擦造成材料表而层的损耗，这就是磨损。摩擦与磨损是两个不同的概念，两者之间既有本质区别，又有

29、密不可分的联系。有摩擦就会有磨损，反之则没有。摩擦是能量的转化，磨损是材料的损耗。3.3.1摩擦分类 摩擦可以按不同的方式进行分类：按照摩擦副的运动形式，可分为滑动摩擦、滚动摩擦；按摩擦副表而的润滑状况，可分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦;按是否有相对运动，可分为静摩擦、动摩擦；按摩擦发生的地点，可分为外摩擦、内摩擦。3.3.2磨损分类 磨损是伴随摩擦而产生的，是一个复杂的摩擦学问题，它是相互接触的物体在相对运动时，进而材料逐渐发生分离和损耗的过程。磨损不仅是材料消耗的主要原因，也是影响机器使用寿命的重要因素。一般可以将磨损分为粘着磨损、磨粒磨损、微动磨损、表而疲劳磨损、腐蚀磨损等五种类型。 (

30、1)粘着磨损：粘着磨损是由于粘着作用使材料由一个表而转移到另一个表而所引起的磨损，其特点是接触点粘着剪切破坏。由于材料表而存在粗糙度，所以两种材料表而间的接触是不连续的，即只有少数几个微凸体产生接触。因此在外载荷作用下，在常温下常常会发生“冷焊”；在重载、高速以及摩擦自身产生高温的情况下，在接触点局部可能会发生软化或熔化而产生“热粘着”，形成粘着点。在随后的相对运动中，粘着点被剪断，与此同时又会形成新的粘着点，于是就出现了粘着点的形成与剪断的循环，从而发生材料转移，出现粘着磨损。 (2)磨粒磨损：磨粒磨损是指在摩擦过程中，因硬的磨粒或微凸体对软摩擦表而的微切削而引起的材料脱落。大部分磨粒是用负

31、前角进行微切削的。当磨粒或硬微凸体存在钝角的时候，摩擦而还会产生塑性变形，所以在磨粒磨损中，微切削和变形是同时发生的。 (3)微动磨损：两接触而相对低幅振荡而引起的表而复合磨损。 (4)疲劳磨损：疲劳磨损是由于交变应力使摩擦表而接触区内材料的微观体积反复产生变形，造成累积损伤而导致疲劳裂纹的萌生和扩展，最后使表而分离出粒状或片状磨屑，并留下凹坑的一种破坏形式。疲劳裂纹常常发生在材料表层有缺陷的地方，受夹杂物、表而缺陷以及孔隙等因素影响。(5)腐蚀磨损：摩擦过程中，金属表而与周围介质发生化学或电化学反应并生成反应产物，材料产生损失。与此同时，还有机械作用使反应物脱落，这种以腐蚀为主导的磨损就是腐

32、蚀磨损。3.3.3摩擦磨损过程摩擦磨损过程大致可以分为三个阶段:“跑合”磨损阶段、“稳定”磨损阶段、“急剧”磨损阶段 (1)“跑合”磨损阶段:在此阶段，由于摩擦副的表而具有一定的粗糙度，两个接触而间的实际接触而积很小，在摩擦的开始阶段，在外加载荷的作用下会产生比较快的磨损，然后逐渐减慢。 (2)“稳定”磨损阶段:在此阶段磨损己经趋于稳定，磨损量与时间基本成正比例关系。为了尽可能延长工件的使用寿命，应该采取有效措施，来降低工件的磨损量。(3)“急剧”磨损阶段:当“稳定”磨损发展到一定阶段时，由于摩擦条件的急剧变化(如温度的骤升，载荷的突变，材料组织的变化等等)，磨损率急剧增大。这时机械效率下降，工件产生严重的塑性变形，并伴随有异常的噪声和振动，最终导致工件失效。3.4薄膜的发展趋势3.4.1简单的二元氮化物、碳化物二元氮化物硬质薄膜有很多种，常见的主要有TiN、CrN、ZrN等。TiN早已在上世纪80年代便以工业化生产，尤其在金属切削刀具的生产上得到了广泛的应用。有实验证实，TiN镀层使得道具的寿命提高163倍期。CrN由于其自身的性质，适合沉积较厚的膜，有时候厚度可达几十微米并具有一定的硬度，有着其他硬质薄膜无法比拟的耐磨性，因此，被广泛应用于内燃机活塞密封环的生产上。ZrN膜层具有硬度高、熔点高、热稳定性好、抗腐蚀性能强及良好的摩擦二元碳化物的种类也很多,最常见