超硬Ti基多元氮化物薄膜的制備及性能與理論研究.pdf

1、本文研究了利用直流和脈沖偏壓陰極弧離子鍍設(shè)備制備的一系列從二元到多元的Ti基硬質(zhì)薄膜TiN、TiAl(V)N、AlTiN、TiAl(Si)N，并嘗試了利用ABS(ArcBondSputter)方法制備高Al含量的(Ti，Al)N薄膜。通過XRD、納米壓痕儀、劃痕儀以及SEM、RBS等手段對薄膜的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了測量和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，-100V直流偏壓下TiN薄膜有明顯的(111)晶面擇優(yōu)取向，而脈沖偏壓條件下TiN薄膜為(111)、(2

2、00)、(220)混合晶體取向。Al、V元素的摻入對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)沒有明顯影響，但使薄膜晶格參數(shù)變小，薄膜的顯微硬度單調(diào)增大。Ti/Al為1：1原子比的陰極弧靶沉積的(Ti，Al)N薄膜的晶格參數(shù)隨占空比和偏壓的增大而增大，顯微硬度在40％占空比-150V時(shí)達(dá)到最大值，在硬質(zhì)合金(YG8)基體上超過Hv3000，然后逐漸降低。RBS測量顯示，采用Ti/Al為1：1原子比弧靶沉積的(Ti，Al)N薄膜中，Al含量只有30at.％，可能是靶

3、元素分布不均勻使Al以較多的液滴發(fā)射出去，降低了等離子體區(qū)域中Al的含量。采用Ti/Al(原子比1：1)合金靶和純Al靶復(fù)合制備的(Ti，Al)N薄膜中，Al含量在50-60at.％時(shí)，薄膜硬度最大，并伴隨有相結(jié)構(gòu)從立方向六角結(jié)構(gòu)的變化，微量Si元素的摻入對延遲薄膜的結(jié)構(gòu)變化有利。我們用ABS方法嘗試制備高Al含量(Ti，Al)N時(shí)，Al靶的中毒情況比較嚴(yán)重，濺射離子濃度及Ar分壓的增大有利于維持磁控靶的濺射，文中對靶的中毒機(jī)制利用De