TiAlON硬質(zhì)膜的制備工藝與性能研究.pdf

1、本文利用多弧離子鍍技術(shù)，采用Ti-50Al(at％)合金靶，通過控制反應(yīng)氣體氮?dú)?、氧氣的分流量，在高速鋼基體上制備TiAlON/TiAlN/TiAl復(fù)合膜和TiAlON/TiAl復(fù)合膜。對(duì)兩種膜層的表面及斷面形貌、表面成分、斷面成分分布和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量和表征;測試分析了膜層硬度、膜/基附著力、及650℃抗熱震性能。研究表明，TiAlON復(fù)合膜由Ti、Al、N、O四種元素組成，膜層中的氧元素含量隨試驗(yàn)過程中通入氧氣流量的減小而減小，膜層中

2、的Al/Ti含量比均小于1。X射線衍射檢測顯示，TiAlON復(fù)合膜由TixAlyN、TixAly以及鈦或鋁的氧化物構(gòu)成。膜層與基體之間沒有發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷存在，膜層具有柱狀晶組織。膜層厚度約為1.8-2.8微米，其中TiAlON/TiAl復(fù)合膜的厚度略低于TiAlON/TiAlN/TiAl復(fù)合膜。
　　TiAlON/TiAlN/TiAl復(fù)合膜和TiAlON/TiAl復(fù)合膜均擁有良好的膜/基結(jié)合力(＞200N)，明顯優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道中的T

3、iAlON單層膜和TiAlON/TiAlN雙層復(fù)合膜。
　　TiAlON復(fù)合膜在一定范圍內(nèi)的氧流量下制備的TiAlON復(fù)合膜，其顯微硬度隨氧氣流量的增加先增加，之后急劇下降，存在一個(gè)顯微硬度極大值;該硬度極值達(dá)到4000HV以上，明顯高于TiAlN單層膜的顯微硬度。
　　TiAlON復(fù)合膜顯示出明顯優(yōu)于TiAlN薄膜的抗熱震性能。在650℃高溫下保溫15min后進(jìn)行水冷，TiAlON/TiAlN/TiAl復(fù)合膜的最高抗熱震次

4、數(shù)可以達(dá)到13-15次，而TiAlON/TiAl復(fù)合膜的最高抗熱震次數(shù)約為10-11次，且均以膜層氧化腐蝕脫落作為膜層主要的失效形式。
　　綜合比較TiAlON/TiAlN/TiAl復(fù)合膜和TiAlON/TiAl復(fù)合膜的力學(xué)性能，獲得了最佳的膜層沉積工藝和最佳的綜合力學(xué)性能。即，在氧氣流量為12sccm(氧氣分壓:0.6×10-1Pa)、沉積偏壓為150V時(shí)，獲得的TiAlON/TiAlN/TiAl復(fù)合膜和TiAlON/TiAl復(fù)