馬楊楊 鄭韶先 王澤仁

(1.蘭州交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 甘肅蘭州 730030；2.中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，中國(guó)科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江寧波 315000)

碳基涂層因其良好的耐磨性、低摩擦、長(zhǎng)使用壽命和高硬度而備受關(guān)注[1-3]。碳基涂層作為保護(hù)膜和潤(rùn)滑膜被廣泛應(yīng)用于如刀具、機(jī)器零件和模具等表面[4-7]。然而，碳基涂層的化學(xué)和熱穩(wěn)定性較差，在200 ℃以上時(shí)，碳基涂層的摩擦學(xué)性能開始惡化[3，8-10]，限制了其在高溫摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過制備熱穩(wěn)定性高的碳化物是將碳基涂層應(yīng)用于高溫環(huán)境的主要途徑[11]。碳、硼和氮元素鍵長(zhǎng)短、配位數(shù)高，由碳、硼和氮元素組成的共價(jià)鍵材料具有許多優(yōu)異的性能。其中六方氮化硼(h-BN)[12-15]和碳化硼(B4C)[8，16-17]作為耐高溫相特別具有吸引力，已成功應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。雖然h-BN在結(jié)構(gòu)上與石墨碳相似，但h-BN比石墨碳具有更好的熱穩(wěn)定性，可以在600 ℃以上用作潤(rùn)滑劑[18-19]。B4C具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐磨性和高的硬度(室溫下僅次于金剛石和c-BN)。此外，h-BN和B4C都可以氧化形成氧化硼(B2O3)，B2O3能夠與水反應(yīng)形成潤(rùn)滑劑H3BO3[3，11]。因此，能夠結(jié)合h-BN和B4C[14，20]優(yōu)異性能的硼碳氮化物(BCN)三元材料有望成為理想的寬溫域固體潤(rùn)滑涂層。

結(jié)構(gòu)和成分是影響B(tài)CN薄膜力學(xué)和摩擦學(xué)性能的關(guān)鍵因素。CHEN等[21]采用反應(yīng)磁控濺射法沉積了不同碳含量的BCN薄膜，摩擦實(shí)驗(yàn)表明，隨著碳含量的增加，涂層中sp2C-C鍵、sp2C-N鍵和sp3C-N鍵的含量發(fā)生變化，摩擦性能變好。ZHOU等[18]研究了成分為49% B、42% C和9%(原子分?jǐn)?shù))N的涂層在空氣、N2和水中分別與陶瓷和鋼球?qū)δΦ哪Σ翆W(xué)性能，結(jié)果表明，BCN涂層會(huì)與氧氣和水反應(yīng)生成H3BO3，因此在水中具有較好的摩擦學(xué)性能。XU等[22]用直流非平衡磁控濺射法獲得了BCN薄膜。發(fā)現(xiàn)熱處理后sp2B-N鍵、C-N鍵和sp2C=N鍵的含量增加，從而降低了BCN涂層的力學(xué)性能。因此，通過調(diào)節(jié)BCN薄膜的元素含量比能夠調(diào)控其性能。然而，大多數(shù)文獻(xiàn)研究都是通過調(diào)節(jié)元素B和C來制備不同性能的BCN涂層，很少關(guān)于氮?dú)饬髁繉?duì)BCN薄膜結(jié)構(gòu)和性能影響的報(bào)道。目前，BCN涂層的制備方法包括化學(xué)氣相沉積[23-25]以及離子束輔助沉積(IBAD)[18，26]、射頻(RF)磁控濺射[27-28]、直流濺射[29-30]等物理沉積方法。其中，閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射技術(shù)具有較高的濺射率和電離率。本文作者采用閉合場(chǎng)非平衡磁控濺射技術(shù)，通過控制氮?dú)饬髁恐苽淞艘幌盗蠦CN薄膜，并對(duì)比研究了其力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能，以期獲得能在較寬溫度范圍內(nèi)工作的BCN薄膜。

1 試驗(yàn)部分

采樣磁控濺射法在鉻鎳鐵合金718 (25 mm×4 mm)基底和硅晶片(100)上沉積BCN薄膜和BCx薄膜。首先，基底在丙酮和乙醇中分別超聲清洗15 min，用干燥的氮?dú)獯蹈珊?，安裝于旋轉(zhuǎn)工件架上，設(shè)置轉(zhuǎn)速為5 r/min。然后，抽真空至3×10-3Pa后，在-500 V的偏壓下，在氬氣氣氛中用Ar+蝕刻基底30 min，以去除基體表面的氧化物；在靶電流為3 A、偏壓為-70 V的條件下，順序沉積純Cr和Cr-CrN梯度過渡層，以提高BCN薄膜的附著力。最后，在偏壓為-70 V、B4C靶電流為2 A、氮?dú)饬髁繛?、10、20和30 sccm的條件下，沉積不同的BCN薄膜，分別命名為BCx(由于鍍膜過程中B和C濺射速率不一樣導(dǎo)致B元素輕微損失，B和C元素并不是完全按照化學(xué)計(jì)量數(shù)的比例，這里x僅代表大于0.25范圍中的數(shù)值)、BCN10、BCN20和BCN30薄膜。

利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)合能量色散X射線譜(Energy Dispersive Spectrometer)分別分析不同氮含量的BCN薄膜的截面形貌和元素成分含量；用X射線衍射儀(XRD)分析薄膜的相結(jié)構(gòu)，采用Cu Kα輻射(λ=0.154 nm)，掃描速度為8°/min，掃描范圍為10°～90°；用傅立葉變換紅外光譜儀分析薄膜的化學(xué)鍵合狀態(tài)；用X射線光電子能譜儀(XPS)分析BCN薄膜的成分和元素的化學(xué)價(jià)態(tài)。為了去除樣品表面附著的污染物，在進(jìn)行XPS分析之前，用Ar+濺射樣品表面5 min；采用聚焦離子束制備了透射電子顯微鏡樣品，利用透射電子顯微鏡分析薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。

用納米壓痕儀測(cè)量薄膜的硬度和彈性模量，為避免基體的影響，最大壓痕深度不超過薄膜總厚度的10%。薄膜的結(jié)合力通過劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量，采用120°錐角的錐形金剛石尖端，加載范圍為0～60 N，加載速度為118 N/min，劃痕長(zhǎng)度為5 mm。薄膜的摩擦學(xué)性能是在高溫摩擦機(jī)(THT 1000，Anton paar)上進(jìn)行，采用球盤模式，對(duì)偶球?yàn)橹睆? mm的Al2O3球，法向載荷為2 N，線速度為2 cm/s，摩擦溫度為室溫((25±5)℃)、(150±5)℃、(300±5)℃、(450±5)℃、(600±5)℃，室溫摩擦實(shí)驗(yàn)環(huán)境的相對(duì)濕度為(60±5)%。摩擦磨損試驗(yàn)后，通過FE-SEM和表面輪廓儀(KLA ASTQ)測(cè)試并分析磨痕的表面形貌。磨痕的面積通過橫截面積的數(shù)值積分來計(jì)算，磨損率通過下式計(jì)算。

式中：s為磨損軌道的橫截面積(mm2)；r是磨損軌道的半徑(mm)；F是法向載荷(N)；L是滑動(dòng)路徑的總長(zhǎng)度(m)。

2 結(jié)果和討論

2.1 成分和微觀結(jié)構(gòu)

BCN薄膜的橫截面形貌如圖1所示。BCx、BCN10、BCN20、BCN30不同薄膜的厚度分別為1 020.4、 1 015.0、 996.0、 893.6 nm，薄膜中Cr和CrN過渡層厚度分別為315、304、225、214 nm?？梢钥闯霰∧ず穸群瓦^渡層厚度均隨著N2流量的增加而減小，BCN30薄膜的厚度明顯比其他薄膜薄。

圖1 薄膜的橫截面形貌

表1給出了EDS測(cè)量的不同BCN薄膜的組成成分。隨著N2流量的增大，BCN薄膜中氮元素的含量并沒有增大，BCN10和BCN20薄膜的氮含量幾乎一樣。當(dāng)進(jìn)一步增大N2流量，BCN30薄膜中的氮元素含量明顯降低，薄膜厚度也顯著減小。這可能是由于高氮分壓引起的“靶中毒”現(xiàn)象，降低了靶材的濺射速率，氮的反應(yīng)也隨之減少。此外，BCN30薄膜的O元素含量很高，這可能是由于工作氣體中殘留的氧分子在“靶中毒”后更容易與薄膜中的B、C元素發(fā)生反應(yīng)，形成硼、碳氧化物。

表1 BCx和BCN薄膜的成分

圖2所示為不同BCN薄膜的XRD圖譜。BCx薄膜只顯示出一個(gè)位于43.6°的衍射峰，對(duì)應(yīng)于Cr(110)晶體取向。與BCx膜相比，BCN膜在37.0°處有一個(gè)新的衍射峰，對(duì)應(yīng)于CrN(110)晶體取向，并且由于CrN(200)與Cr(110)峰的重疊，43.6°處的峰的強(qiáng)度增強(qiáng)。Cr(110)峰和CrN峰來自Cr-CrN梯度過渡層。此外，所有樣品中都沒有發(fā)現(xiàn)BN和BC相的衍射峰，表明BCx和BCN薄膜是非晶或納米晶結(jié)構(gòu)。

圖3所示為不同涂層的紅外光譜圖，進(jìn)一步確認(rèn)不同BCN薄膜的化學(xué)鍵態(tài)。BCx薄膜和所有BCN薄膜的FTIR光譜顯示出位于大約1 250和1 748 cm-1處的B-C鍵[22，30-31]和C-O鍵[30]的峰。然而，由于氮含量的降低，BCN30薄膜的B-C鍵向高頻移動(dòng)。在1 330 cm-1處的峰有兩種觀點(diǎn)，第一種觀點(diǎn)認(rèn)為峰對(duì)應(yīng)C-N鍵[32-33]，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為峰對(duì)應(yīng)C-C鍵[34-36]。然而，KAUFMAN等[34]利用N15同位素證明了位于1 330 cm-1處的峰與碳氮無關(guān)。RODIL等[35]制備了sp2C-C鍵含量不同的純碳薄膜，證明了1 330 cm-1處的峰對(duì)應(yīng)C-C鍵。此外，BCN薄膜的紅外光譜還顯示了sp2B-N-B鍵的面外彎曲峰(780 cm-1)和sp2B-N鍵的面內(nèi)拉伸峰(1 380 cm-1)[22，30]以及C=N(1 600 cm-1)和C≡N(2 200 cm-1)[37-40]的峰。

圖3 BCx和BCN薄膜的FTIR譜

為了進(jìn)一步闡明薄膜的組成和元素的化學(xué)價(jià)態(tài)，用XPS分析了BCx、BCN10、BCN20和BCN30薄膜。圖4所示為不同BCN薄膜的XPS圖譜。XPS光譜證實(shí)了所有薄膜中硼、碳、氮和氧元素的存在。用高斯函數(shù)擬合B1s和C1s的高分辨光譜，摻氮薄膜和無氮薄膜的區(qū)別在于B-C鍵和B-N鍵的相對(duì)含量，B-C鍵是BCx薄膜B1s高分辨譜的主要成分。此外，BCx薄膜的B1s光譜中還出現(xiàn)了少量的B-N鍵，這是由于沉積過程中工作氣氛中的氮?dú)埩?Nwa<1%)導(dǎo)致。對(duì)于BCN10和BCN20薄膜，由于N2的引入，B-N鍵是B1s高分辨譜的主要成分，位于190.9 eV處的主峰對(duì)應(yīng)于h-BN中的B-N鍵，位于189.0 eV和192.5 eV處的峰分別是B-C鍵和B-O鍵。由于BCN30薄膜中含有大量的氧，B主要與O結(jié)合形成B-O鍵，導(dǎo)致B-N鍵和B-C鍵的相對(duì)含量顯著降低。BCN薄膜的C1s的高分辨譜中出現(xiàn)C-B鍵、C-C鍵、C-N鍵和C-O鍵的峰，分別位于283.4、284.8、286.8和288.8 eV處。此外，BCx薄膜中C-B鍵的相對(duì)含量遠(yuǎn)高于C-C鍵，說明薄膜中的碳主要與B元素結(jié)合。然而，BCN薄膜中的C-B鍵的相對(duì)含量減少，而C-C鍵和C-N鍵的相對(duì)含量增加，這意味著BCN薄膜中有更多的無定形碳相。與BCx薄膜相比，由于氮的引入，BCN10和BCN20薄膜的B-C鍵峰出現(xiàn)藍(lán)移，這與FTIR結(jié)果一致。

圖5所示為BCx薄膜和BCN20薄膜的TEM、HRTEM和SAED等圖譜。從圖5(a)中的TEM圖可以看出，BCx薄膜由Cr中間層和BCx層組成，C元素均勻分布在BCx層中(STEM檢測(cè)不出輕元素B)。圖5(a)中的HRTEM和SEAD圖清楚地表明BCx薄膜是一種無定形結(jié)構(gòu)。圖5(b)顯示BCN20薄膜也具有兩層結(jié)構(gòu)(Cr-CrN梯度過渡層和BCN層)，且可以看出C和N元素在涂層中均勻分布。此外，N摻雜沒有改變薄膜的結(jié)構(gòu)，BCN薄膜的SEAD圖中也僅出現(xiàn)非晶暈環(huán)。結(jié)合FTIR和XPS譜判斷，BCx薄膜為以B4C相為主的非晶結(jié)構(gòu)薄膜，BCN薄膜是主要由BN、非晶碳和B4C相組成的非晶結(jié)構(gòu)薄膜。

圖5 不同薄膜的TEM、HRTEM、SAED和STEM-HAADF圖

2.2 力學(xué)性能

力學(xué)性能是影響摩擦學(xué)性能的重要因素之一。圖6 (a)所示為通過納米壓痕測(cè)量的不同薄膜的加載-卸載曲線。彈性回復(fù)率按We/(We+Wp)計(jì)算(Wp為塑性變形功，We為彈性變形功)，BCx、BCN10、BCN20和BCN30薄膜的彈性回復(fù)率分別為0.6、0.56、0.55和0.53。與無氮薄膜相比，BCN薄膜的彈性回復(fù)率略有下降。圖6(b)所示為薄膜的硬度(H)、彈性模量(E)和硬度與彈性模量的比值 (H/E)。BCx薄膜的硬度和彈性模量最高，分別是29.31和297.40 GPa，高硬度的B4C相決定了BCx薄膜的硬度。氮摻雜的BCN薄膜的硬度和彈性模量比B4C薄膜低50%以上，并且隨著N2流量的增加而降低，這與B4C相含量的減少以及硬度相對(duì)較低的h-BN、無定形碳和CNx相含量的增加有關(guān)[41-42]，和FTIR結(jié)果相一致。BCN30薄膜的硬度和彈性模量最低，分別是8.29和94.04 GPa，這主要是由于氧化硼相的出現(xiàn)使B4C相相對(duì)減少的結(jié)果。硬度與彈性模量之比(H/E)是薄膜的綜合力學(xué)性能，H/E值越高，耐磨性越好。BCx、BCN10和BCN20薄膜的H/E值幾乎相同，除了BCN30薄膜，這表明這些薄膜可能具有相似的承載能力和耐磨性。

圖6 BCx和 BCN薄膜的加載-卸載曲線(a)，硬度(H)、彈性模量(E)和H/E比值(b)

圖7示出了施加最大60 N載荷的薄膜的劃痕光學(xué)形貌。劃痕試驗(yàn)是表征薄膜力學(xué)性能的一種方法，它提供了一些關(guān)于薄膜耐劃痕和承載能力的信息。在劃痕試驗(yàn)中，由于塑性變形，所有薄膜首先出現(xiàn)橫向裂紋，塑性變形達(dá)到一定程度后薄膜發(fā)生剝離。對(duì)于高硬度的BCx薄膜，當(dāng)載荷達(dá)到12 N時(shí)，薄膜開始在劃痕內(nèi)部和周圍局部剝離。BCN10、BCN20和BCN30薄膜分別在32、28和23 N載荷下開始剝離。一方面是因?yàn)镃r-CrN梯度層的高承載能力，另一方面是因?yàn)橛捕冉档鸵鸬膬?nèi)應(yīng)力松弛，提高了BCN薄膜的抗劃能力。

圖7 BCx和BCN薄膜的劃痕光學(xué)形貌

2.3 摩擦學(xué)性能

2.3.1 室溫下的摩擦學(xué)性能

圖8示出了室溫下BCx薄膜和不同BCN薄膜分別與Al2O3球?qū)δ?0 min后的摩擦因數(shù)和磨損率。從圖8(a)中可得出，BCx薄膜的平均摩擦因數(shù)約為0.47，BCN薄膜的摩擦因數(shù)都低于BCx薄膜。這可能是因?yàn)樵谑覝叵翨CN薄膜中的非晶碳相和CNx相具有更好的潤(rùn)滑性[41-42]。不同BCN薄膜中，BCN10薄膜的摩擦因數(shù)最低，但隨著滑動(dòng)摩擦周期的增加，摩擦因數(shù)從0.13逐漸增加到0.27；BCN20和BCN30薄膜的摩擦因數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，穩(wěn)定階段的平均摩擦因數(shù)分別為0.31和0.4。從圖8(b)中可知，BCx、BCN10和BCN20薄膜磨損率相近，為3×10-6～4×10-6mm3/(N·m)；BCN30薄膜的磨損率最高(1.35×10-5mm3/(N·m)?？梢钥闯?，除BCN30薄膜外，其他薄膜的磨損率與圖6(b)所示的H/E比值的規(guī)律一致。因此，BCN20薄膜具有相對(duì)最好的綜合摩擦學(xué)性能。

圖8 室溫下BCx和BCN薄膜的摩擦因數(shù)(a)和磨損率(b)

2.3.2 寬溫度范圍內(nèi)的摩擦學(xué)性能

選取室溫下綜合摩擦學(xué)性能最優(yōu)的BCN20薄膜與BCx薄膜開展寬溫域范圍摩擦學(xué)性能的對(duì)比研究。圖9示出了BCx和BCN20薄膜在室溫((25±5)℃)、(300±5)℃、(450±5)℃、(600±5)℃下的摩擦因數(shù)。溫度從室溫開始升高過程中，BCx薄膜的摩擦因數(shù)先大幅增大，然后在600 ℃下又大幅減小。BCN20薄膜的中、高溫摩擦因數(shù)高于室溫下的摩擦因數(shù)，但明顯低于BCx薄膜。在300 ℃以上，BCN20薄膜的摩擦因數(shù)變化很小。結(jié)合圖9可知，BCN20薄膜在所有溫度下的摩擦因數(shù)都優(yōu)于BCx薄膜。

圖9 BCx和BCN20薄膜在25、300、450、600 ℃下的摩擦因數(shù)

圖10和圖11所示分別為BCx和BCN20在不同溫度下摩擦試驗(yàn)后對(duì)偶球磨斑和薄膜磨痕形貌。從BCx磨斑的光學(xué)形貌可以看出，室溫下BCx磨斑周圍有較多磨屑；隨著溫度升高至450 ℃，對(duì)偶球表面都無明顯轉(zhuǎn)移膜，磨斑的變化很小；在600 ℃時(shí)，BCx薄膜的磨斑出現(xiàn)了黑色轉(zhuǎn)移膜，這使其在600 ℃的摩擦因數(shù)大幅降低。室溫摩擦后BCN20薄膜的對(duì)偶球表面也沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)移膜，但在300 、450 和600 ℃摩擦后，BCN20薄膜的對(duì)偶球上都存在明顯的轉(zhuǎn)移膜。從室溫摩擦后薄膜磨痕光學(xué)形貌來看，BCx薄膜的磨痕有一些明顯的犁溝，這是磨粒磨損的典型特征。BCN20薄膜的磨損軌跡形貌比較光滑，這可能是由于BCN20薄膜具有更多的非晶碳潤(rùn)滑相，減小了磨粒磨損，降低了室溫摩擦因數(shù)。隨著溫度的升高，在600 ℃下摩擦后BCx薄膜的磨痕明顯變寬，出現(xiàn)深達(dá)基體材料的嚴(yán)重犁溝。而BCN20薄膜的磨痕從300 ℃開始就明顯變寬，呈現(xiàn)出典型的磨粒磨損和黏著磨損，與對(duì)偶球磨斑的轉(zhuǎn)移膜出現(xiàn)很好地對(duì)應(yīng)。結(jié)合圖10和圖11可以看出，在300和450 ℃時(shí)，BCx薄膜的磨痕較窄，磨屑少，BCx薄膜的耐磨性優(yōu)于BCN20薄膜；在600 ℃時(shí)，BCx和BCN20薄膜磨損均較大，但在 BCx薄膜的磨痕處，基底清晰可見，所以BCN20的耐磨性優(yōu)于BCx。綜上，在300和450 ℃下，BCx薄膜的耐磨性優(yōu)于BCN20薄膜，但600 ℃時(shí)BCx薄膜的耐磨性下降。

圖11 BCN20薄膜的摩擦對(duì)偶球磨斑光學(xué)圖、薄膜磨痕三維輪廓圖和光學(xué)圖

圖12所示為BCx薄膜和BCN20薄膜在不同溫度摩擦后的磨斑拉曼光譜圖。

圖12 BCx薄膜(a)和BCN20薄膜(b)在不同溫度摩擦后的磨斑拉曼光譜圖

2種薄膜在室溫摩擦后對(duì)偶球的拉曼光譜都顯示了5個(gè)典型的峰，分別位于379、418、475、643、750 cm-1[43]。這5個(gè)峰與無摩擦Al2O3球上的特征峰幾乎一致(379、418、474、577、645、695、750 cm-1)，這說明室溫下BCx薄膜和BCN20薄膜的對(duì)偶球上沒有形成轉(zhuǎn)移膜。BCx薄膜在300 ℃摩擦后，碳的D峰和G峰變得非常明顯，這表明對(duì)偶球上存非常薄的轉(zhuǎn)移膜，主要成分是石墨化的碳相，這導(dǎo)致嚴(yán)重的黏著磨損和高的摩擦因數(shù)。在450和600 ℃下摩擦后，BCx薄膜的對(duì)偶球的拉曼峰主要有兩部分，分別是在300～1 000 cm-1處與氧化物相關(guān)的峰和在1 200～1 700 cm-1處與碳相關(guān)的峰。位于大約490 cm-1處的峰對(duì)應(yīng)于H3BO3[44]，另一個(gè)位于690 cm-1處的寬峰對(duì)應(yīng)Al-O和B-O鍵[45-47]。而隨著溫度的升高，碳相關(guān)的G峰逐漸消失，D峰減弱，這可能與無定形碳的氧化有關(guān)。在摩擦過程中，由于相對(duì)較高的瞬時(shí)溫度，表層硼和碳原子變得具有熱活性和高能量，它們與空氣中的氧氣反應(yīng)，形成B2O3和CO2。隨后，B2O3與周圍空氣中的水蒸氣自發(fā)反應(yīng)，然后在涂層表面形成薄的H3BO3層。在大多數(shù)研究中[46，48]，將碳化硼基涂層的低摩擦因數(shù)歸因于滑動(dòng)表面上自發(fā)形成的硼酸的易剪切特性。因此，600 ℃下BCx薄膜摩擦因數(shù)的降低可能與H3BO3相的形成有關(guān)。BCN20薄膜的轉(zhuǎn)移膜只存在H3BO3、Al-O和B-O鍵的峰，因此BCN20薄膜在較寬的溫度(300～600 ℃)下具有穩(wěn)定的摩擦學(xué)性能。從對(duì)偶球的拉曼光譜來看，在該溫度范圍內(nèi)，BCN20薄膜被氧化，對(duì)偶球上的轉(zhuǎn)移膜的組成主要為B2O3。因此，BCN20薄膜低的摩擦因數(shù)主要是由H3BO3、B2O3和Al2O3的協(xié)同作用導(dǎo)致。由于無定形碳的石墨化和氧化，BCx薄膜的摩擦因數(shù)高于BCN20薄膜。

3 結(jié)論

(1)采用非平衡磁控濺射法制備了非晶結(jié)構(gòu)的BCx薄膜和BCN薄膜。N元素?fù)诫s導(dǎo)致BN相和CNx相增多，B-C相減少。隨著N元素的摻雜，BCN薄膜的力學(xué)性能降低。

(2)在室溫下，BCN20的摩擦因數(shù)曲線較穩(wěn)定，平均摩擦因數(shù)為0.31，且具有相對(duì)最低的磨損率，這可能與非晶BN相和CNx相的存在有關(guān)。當(dāng)摩擦試驗(yàn)溫度升高時(shí)，BCx和BCN20薄膜的摩擦因數(shù)均增大，而BCN 20薄膜的摩擦因數(shù)均低于BCx薄膜；在室溫及高溫600 ℃下BCN20薄膜的磨損率低于BCx薄膜。

(3)在高溫摩擦過程中，硼原子的氧氣反應(yīng)和與空氣中水蒸氣反應(yīng)形成的B2O3、H3BO3相是主要減摩相，但由于形成石墨化轉(zhuǎn)移膜，造成BCx薄膜非常高的摩擦因數(shù)。