不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究-论文.pdf

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1、第S0卷第1期真空VACUUMVo1．50．No．12013年1月Jan．2013不同弧源电流TiN薄膜的表面形貌及其摩擦学性能研究史新伟1'f1．佛山市震德塑料机械有限公司，广东佛山528300；2．郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室，河南郑州450052)摘要：本文使用AIP一01型国产多弧离子镀膜设备，采用不同的弧源电流在不锈钢衬底及si片上制备了TiN薄膜，对其硬度、表面形貌以及摩擦系数等进行了测试，从电弧沉积的物理机制角度详细分析了弧源电流对TiN薄膜表面熔滴的影响，结果表明：随着弧源电流的增大，薄膜沉

2、积速率增大、硬度提高，但薄膜表面熔滴(MP)数量增多、尺寸变大，表面粗糙，摩擦系数增大，因此控制最佳弧源电流来获得最好的薄膜性能是离子镀TiN薄膜的关键问题之一。关键词：TiN薄膜；弧源电流；多弧离子镀；摩擦学·眭能中图分类号：TB43文献标识码：A文章编号：1002—0322(2013)01—0023—05SurfacemorphologyandtribologicalpropertiesofTiNfilmdepositedwithdiferentarccurrentsSHIXin—wei，(．ChenDePlastic

3、sMachineryCo．Ltd．，Foshan528300，China；2．CollegeoficalScience&Engineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450052，China)Abstract：TiNfilmswerepreparedonSiandstainlesssteelsubstrateswithdifferentarccurrentsbytheAIP一01multi—arcionplatingequipment．Thehardness，surfacemorphol

4、ogyandfrictioncoeficientoftheas—depositedfilmsweretested．Theeffectofarccurrentonthemicro-paricles(MP)wasanalyzedfromtheperspectiveofphysicalmechanismofarcdeposition．Theresultsshowthatwiththeincreasingofarccurrent，thedepositionratewasimprovedandthehardnesswasenhanc

5、ed．ButthenumberandsizeoftheMPsandthefrictioncoeficientincreased．SothearccurrentcontrolisakeyproblemtogetTiNfilmswithgoodproperties．Keywords：TiNfilm；arccurrent；multi-arcionplating；tribologicalpropertyTiN薄膜具有较高的硬度和优良的耐磨、耐为显著。本文利用AIP—O1型多弧离子镀膜机在腐蚀性能]，是目前研究最多的硬质薄膜之一_5

6、'6_，不锈钢基体及si片上沉积了TiN薄膜，从多弧离广泛应用于电子、工模具以及装饰行业等。近几十子镀原理上研究了弧源电流对TiN薄膜结构及年来，由于具有金黄色的颜色，TiN薄膜在装饰行摩擦学性能的影响。业已经成功地获得了广泛的应用¨7J，在机械行业，1实验材料与方法TiN薄膜在刀具、钻头、模具上也获得了成功的应用，可显著提高其使用寿命，但TiN薄膜的性能受基体材料为20mmx20mm×2mm的不锈沉积条件的影响很大，人们对于影响TiN薄膜性钢(1Crl8Ni9Ti)，si片随炉。薄膜的制备在AIP一01能的各种参数已进行

7、了大量的研究m]，而弧源电型多弧离子镀膜机上进行，试样经机械抛光、碱流作为一个重要的参数，对TiN薄膜的结构及性洗、酒精中超声波清洗，最后充分干燥后装入清能有重要的影响，尤其是对其摩擦学性能影响更洁的镀膜室内。薄膜沉积前先通过Ar垓0蚀对基收稿日期：2012—09—16作者简介：史新伟(1975一)，男，山东省泰安市人，博士，副教授。基金项目：佛山震德塑料机械有限公司内部项目。真空VACUUM第5O卷增大，薄膜的摩擦系数逐渐增大。大电流下，弧源变的尖锐，这正如前面已讨论过的，是薄膜表面靶温度较高，产生的宏观粒子和粒子团较多

8、，而熔滴颗粒的影响。且这些粒子或粒子团携带较高的能量，从弧源靶摩擦特性曲线的变化都有一定的规律，刚开到衬底(样品)的迁移过程中不易被其它的粒子始时，薄膜表面受突然加力作用，熔滴颗粒受撞阻挡，同时到达衬底(样品)表面时的温度也较击作用，由于这些熔滴颗粒只是附着在薄膜表高，在表面上的扩散快，因而薄膜的沉积速