磁控濺射制備（Ti，Al）N基超硬質(zhì)薄膜及其性能的研究.pdf

1、本論文首先綜合描述TiAlN 薄膜及TiAlN 基硬質(zhì)薄膜的發(fā)展歷程，TiAlN 薄膜及TiAlN基硬質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)特征、性能及其應(yīng)用。簡(jiǎn)單介紹了物理氣相沉積（PVD）方法和磁控濺射基本原理。在此基礎(chǔ)上用反應(yīng)磁控共濺射的方法通過(guò)改變Cr 靶濺射功率在單晶硅(111)和不銹鋼基體上沉積不同Cr 含量，不同組織結(jié)構(gòu)、不同性能、不同表面形貌的TiAlCrN薄膜。采用X 射線衍射（XRD）研究薄膜的組織結(jié)構(gòu)；采用掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯

2、微鏡（AFM）觀察薄膜表面形貌；采用納米壓痕儀測(cè)量薄膜的硬度、彈性模量和薄膜與基體的結(jié)合力；采用動(dòng)電位極化實(shí)驗(yàn)研究薄膜的電化學(xué)腐蝕行為。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論得出Cr 含量的變化對(duì)TiAlCrN 薄膜的結(jié)構(gòu)和性能有較大影響。 表征和測(cè)試結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)沉積的TiAlCrN 薄膜由于Cr 的加入，晶粒得到細(xì)化，由納米晶和非晶混合組成。隨著Cr 靶濺射功率增加，TiAlCrN 薄膜中的Cr 含量呈線性增加，而膜厚先增加后減小。膜厚減

3、小的原因可能是在較大濺射功率下濺射粒子能量升高，在基體上產(chǎn)生反濺射的結(jié)果。 沉積的TiAlCrN 薄膜與TiAlN 薄膜相比，表面平整、光滑、致密，無(wú)孔洞和突起等缺陷，晶粒細(xì)小，粗糙度低。隨Cr 含量增加，TiAlCrN 薄膜晶粒大小、粗糙度先減小后增加。 Cr 靶濺射功率為140W 時(shí)，TiAlCrN 薄膜成膜質(zhì)量最差，300W 時(shí)，成膜質(zhì)量最好。 隨著Cr 含量增加，薄膜硬度先增大，而后減小，即Cr 含量過(guò)低

4、、過(guò)高都會(huì)降低薄膜硬度。Cr 含量的變化對(duì)薄膜彈性模量值影響不大。TiAlCrN 薄膜的第一臨界載荷和第二臨界載荷均隨Cr 含量增加而增大。其第一臨界載荷不但均大于TiAlN 薄膜的第二臨界載荷，而且第二臨界載荷比TiAlN 薄膜提高了將近一倍，顯示了與基體良好的結(jié)合強(qiáng)度。TiAlCrN薄膜的動(dòng)電位極化實(shí)驗(yàn)表明，TiAlCrN 薄膜的抗腐蝕性好于不銹鋼和TiAlN 薄膜，且隨Cr含量增加，抗腐蝕性增強(qiáng)。Cr 含量為25.5at％的TiA