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1、多弧離子鍍技術(shù)是先進(jìn)的表面工程技術(shù)之一。納米復(fù)合膜是當(dāng)前表面工程領(lǐng)域的發(fā)展前沿。工模具表面硬化涂層主要以TiN為主,并已投入了應(yīng)用。但是純TiN涂層的硬度僅為2200HV,在某些情況下還不能滿足人們的需要。實(shí)踐證明,若在TiN涂層中加入Cu(Ni)元素,使薄膜形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu),會使薄膜硬度有很大的提高,其本征硬度可超過4500HV。 本論文首先介紹了納米復(fù)合涂層的制備過程,而后討論了影響納米復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)和性能的因素,主要包括弧靶
2、燃弧方式、氮?dú)夥謮?、基體負(fù)偏壓、沉積溫度及試樣位置等參數(shù)。對在不同工藝參數(shù)下制備的納米復(fù)合涂層進(jìn)行了一系列的檢測及結(jié)果分析,包括斷口形貌、膜層結(jié)構(gòu)及成分、晶粒尺寸、薄膜硬度、薄膜厚度等方面,并對薄膜的致硬機(jī)理做了進(jìn)一步的探討。 本文中間部分主要討論了Ti-Cu-N(Ti-Ni-N)薄膜的制備,即納米晶結(jié)構(gòu)的獲得方法,而后對影響其結(jié)構(gòu)和性能的因素進(jìn)行了討論。對于Ti-Cu-N薄膜而言,從斷口形貌照片可以看出,連續(xù)燃弧和間斷性燃弧都
3、能夠獲得納米結(jié)構(gòu)的晶粒,連續(xù)燃弧方式下制備的Ti-Cu-N薄膜斷口較為平整,呈現(xiàn)出類似于金屬和陶瓷材料在普通晶粒度下脆性斷裂時表現(xiàn)出來的宏觀“磁狀斷口”特征。經(jīng)分析可斷定該復(fù)合膜晶粒尺寸已達(dá)到納米級的水平。而用間斷燃弧方式得到的Ti-Cu-N及Ti-Ni-N薄膜其斷口相貌呈現(xiàn)出明顯的分層現(xiàn)象,且晶粒也已達(dá)到納米級水平。表明Cu(Ni)的加入有利于晶粒的細(xì)化和納米晶結(jié)構(gòu)的形成。Cu(Ni)的加入,使TiN(111)和(200)均出現(xiàn)擇優(yōu)取
4、向,且兩個衍射峰的強(qiáng)度幾乎相等,衍射峰發(fā)生了明顯的寬化,導(dǎo)致了晶粒的細(xì)化和薄膜硬度的升高。Ti-Cu-N薄膜的厚度取決于基體偏壓;Ti-Ni-N薄膜的衍射峰出現(xiàn)(200)的擇優(yōu)取向,衍射峰強(qiáng)度和寬度會隨基體偏壓及沉積溫度的變化而變化,這兩個參數(shù)都是導(dǎo)致晶粒細(xì)化的主要因素。薄膜的硬度測定值實(shí)際上反映的薄膜的復(fù)合硬度,其硬度值受基體的影響,而薄膜的本征硬度值可由J-H模型推算。該膜層的表面形貌主要與氮?dú)夥謮汉拓?fù)偏壓有關(guān),隨著N<,2>分壓的
5、增加及基體負(fù)偏壓的增加,薄膜表面液滴數(shù)量明顯減少,尺寸明顯變小。 本文最后部分主要討論了導(dǎo)致Ti-Cu-N和Ti-Ni-N納米復(fù)合膜超硬性的原因。首先這種涂層的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了其超硬性。Cu元素和Ni元素都不與Ti、N<,2>發(fā)生反應(yīng),只作為添加項分布在TiN相周圍,有效地防止了應(yīng)力作用下過渡金屬氮化物薄膜晶間因裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致的薄膜失效。細(xì)小的晶粒尺寸也是導(dǎo)致薄膜超硬性的一個原因。由TiN/Cu和TiN/Ni的X射線衍射圖譜可
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