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1 纳米复合薄膜的研究进展

S。Veprek等人依据异质结构超晶格理论，首次提出了提出超硬纳米复合膜的概念[25~27]。纳米复合薄膜是指晶粒尺寸只有十纳米的级别，由两种或者多种不同的材料或者同种材料不同结构组成的薄膜。纳米复合膜由于结构的不同可以由纳米晶态-纳米晶态和纳米晶态-非纳米晶态组成[9]。纳米复合膜可以分为三类，即nc-MeN/a-AB、nc-MeN/ nc -AB、nc-MeN/Me*。目前，关于第三种复合膜体系nc-MeN/Me*的报道较少，研究较a-AB/nc-MeN和nc-MeN/ nc-AB体系相对不完善。J。Musil等人首次提出了nc-MeN/Me*体系[28~29]，并制备和研究了Zr-Ni-N复合膜，该复合膜的最高硬度达35GPa。Hyun S。等人制备的Ti-Cu-N超硬纳米复合膜的最高显微硬度达34GPa，Jeon G。等人得出的Ti-Ag-N超硬纳米涂层在银含量为0。35at。%时，显微硬度达最大值约为38GPa，随着加入的Ag增多，硬度会急剧下降，同时，银的加入导致晶粒尺寸逐渐减小。Harald等人制备和研究了TiN/Ag纳米复合涂层，随着Ag含量从7at。%增加至45at。%，复合膜的硬度逐渐减小，在Ag含量为7at。%时出现Ag(111)衍射峰和Ag(200)衍射峰[8]。86745

在国内有许俊华教授，喻利花教授等人一直从事智能纳米薄膜研究。在薄膜的摩擦磨损，抗氧化性等方面取得了巨大成果。

2 纳米复合膜的致硬机理

随着时间的消逝，对于纳米复合膜的致硬机理研究逐渐深入，复合薄膜的致硬机理的理解更加透彻。以下介绍比较认可度的四种机理：即细晶强化效应、固溶强化效应、界面复合效应和共格协调应变效应理论。论文网

（1）细晶强化效应

材料在受到大于某一大小的力时会产生塑性变形时，而在变形开始时，首先是在材料的晶体内部的一些缺陷处产生位错，这些位错在力的作用下会朝着受力的方向移动，由于晶粒与晶粒之间不是共格的。晶粒之间存在晶界，位错就无法穿过晶界而聚集在晶界附近，位错阻力增大，容易产生位错塞积，引起应力集中；当应力达到某一个程度时，会使相邻的晶粒产生位错（位错源）并开始运动，这就开始塑性变形。这就是晶界对位错运动的阻碍作用。当晶粒尺寸变小，材料单位体积内相应的晶界就会变多，位错运动更加困难，宏观表现就是强度和硬度的提高。霍尔佩奇公式很好的证明这一点。

（2）固溶强化效应

固溶强化是指在材料的中加入其他原子，让这些原子融入到材料晶体结构的间隙中形成间隙固溶体，融入原子要满足原子半径小，结构相似等要求，或者让这些原子置换晶体结构中的其他原子形成置换固溶体。当这些原子融入晶体结构后，因为原子半径的因素会导致材料晶格畸变，阻碍位错的运动，宏观上就是增大材料的强度和硬度。从而得到强化。固溶强化所选的材料原子大小要满足一定的要求，不然并不会起到效果。

（3）界面复合效应

S。 Veprek教授最早在研究超硬纳米复合薄膜的超硬现象和超硬机理的研究上提出了界面复合效应理论。界面复合效应理论认为，当薄膜中有非晶相时，非晶相的晶界会分割主体晶相，形成以非晶相依主体晶相类似三维网状结构。这样的结构会阻碍位错的生成，即使有了位错也很难扩展开来，这样就可以提高薄膜的硬度和强度，达到强化的效果。

（4）共格协调应变效应

共格协调应变效应理论认为，在复合薄膜中的某些尺寸的非晶相可能会被晶化，在非晶相晶化时会与主体的晶体形成共格的界面，也可能是局部不间断的微小晶体结构的协调界面。这样在薄膜中会产生交替的应力场，从而使晶格发生畸变，增大位错运动的阻力，从而导致复合膜的硬度和强度得到强化。 (责任编辑：qin)