化學(xué)氣相沉積TiN薄膜工藝優(yōu)化及其性能研究.pdf

1、工模具行業(yè)對(duì)切削刀具、鉆頭的服役性能和壽命具有很高的要求，而化學(xué)氣相沉積法作為一種特殊表面強(qiáng)化技術(shù)在此領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于硬質(zhì)合金具有良好的導(dǎo)熱性、高溫下的穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在工具領(lǐng)域中一般將硬質(zhì)合金作為化學(xué)氣相沉積基體。
　　 本論文主要針對(duì)原有的HT-CVD鍍膜工藝的不足，嘗試采用新的工藝在YG6硬質(zhì)合金基材表面制備TiN硬質(zhì)薄膜，并用X射線衍射、掃描電鏡、金相顯微鏡、顯微硬度儀和劃痕儀等各種材料測(cè)試方法對(duì)新工藝條

2、件下制得的TiN薄膜成分結(jié)構(gòu)和主要性能進(jìn)行綜合分析，再結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案得出該新工藝的最優(yōu)工藝參數(shù)。
　　 從XRD圖譜分析可以得出，除TiN相和WC基體相以外，膜層中還存在TiCxNy相及脫碳相，表明在用HT-CVD法制備TiN過程中，發(fā)生了其他副反應(yīng)，這些反應(yīng)不僅能改變TiN涂層化學(xué)組成，還能改變涂層的顯微組織，從而影響涂層的性能。通過XRD圖譜上的晶面衍射峰強(qiáng)度的對(duì)比可以看出，本實(shí)驗(yàn)條件下制的的CVD-TiN涂層的擇優(yōu)取

3、向?yàn)?220)晶面。
　　 從掃描電鏡的微觀形貌觀察發(fā)現(xiàn)，膜層表面粗糙不平，組織多表現(xiàn)為星形和錐狀組織，與(220)晶面的擇優(yōu)取向有關(guān)。溫度較低時(shí)得到的大多數(shù)是星型組織；隨溫度升高到1015℃，組織呈明顯的錐狀結(jié)構(gòu)；溫度繼續(xù)升高到1050℃，細(xì)小均勻的錐狀組織變成粗大的錐狀和多面結(jié)構(gòu)的混合組織。涂層斷面形貌知，涂層斷面組織都是垂直于基體方向長大呈棱柱狀，與(220)晶面的擇優(yōu)取向有關(guān)。
　　 由EDS分析可以看出，各涂層

4、中N/Ti比都接近1，隨工藝參數(shù)不同略有差異。對(duì)比各項(xiàng)性能，本實(shí)驗(yàn)制得的TiN涂層的顯微硬度最高達(dá)2209，最低只有1403，但多數(shù)顯微硬度值都達(dá)到了2000HV，與N/Ti有密切聯(lián)系。膜基結(jié)合力在70N左右，膜厚在7～9μm間的試樣膜基結(jié)合力最高?？箯潖?qiáng)度經(jīng)高溫化學(xué)氣相沉積處理后下降極為明顯，降幅約為30％。
　　 由正交分析和極差分析得出優(yōu)化后的工藝參數(shù)。重復(fù)試驗(yàn)表明，優(yōu)化后的工藝較穩(wěn)定；切削實(shí)驗(yàn)得出，由優(yōu)化后工藝所制備的試