空心阴极电子束对多弧离子镀TiAlN薄膜组织形貌及摩擦学性能的影响-论文.pdf

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1、第32卷第1期真空科学与技术学报2012年1月CHINESEJOURNALOFVACUUMSCIENCEANDTECHNOLDGY19空心阴极电子束对多弧离子镀TiA1N薄膜组织形貌及摩擦学性能的影响吴化宋力李雪松杨悦(长春工业大学先进结构材料教育部重点实验室长春130012)ImpactsofElectronBeamonGrowthandTribologiealPropertyofTiAINFilmsDepositedbyMulti-ArcIonPlatingWuHua，SongLi，LiXuesong，YangYue(KeyLaboratoryofAdvance

2、dSmtcturalMaterials，MinistryofEducation，ChangchunUniversityofTechnology，Changchun130012，Ch／na)AbstractTheTiA1NfilmsweredepositedonWCs~stratesbymulti．arcionplatingassistedbyhollowcathode(HCD)electronbeam．TheimpactsofelectronbeampoweronthefilmgrowthandmechanicalpropertiesWel'eevaluated．T

3、hemicmstructuresoftheTiA1NfilmswerecharacterizedwithX-raydifraction，scanningelectronmicroscopy，andcon—ventionalmechanicalprobes．TheresultsshowthattheHCDelectronbeamsignificantlyafectsthe~crostmcturesandtri—bologicalpropertyoftheTiA1Nfilms．Astheelectronbeamenergyincreased，thegrowthofthe

4、(112)preferentiallyorient—edgrainWasgraduallyturnedintoagrowthofpolycrystallinegrain．andthefilmslookssmootherandmorecompactwithadecreasedsurfaceroughness，areducedfrictioncoefficientandanincreasedwearresistance．KeywordsHCD，TiA1Nfilms，Electronbeam，Ionizationrate摘要采用空心阴极电子束辅助多弧离子镀的方式在WC基体

5、上制备了TiAlN薄膜，讨论了电子束能量的大小对膜层组织形貌及摩擦学性能的影响。利用x射线衍射仪、扫描电子显微镜、表面轮廓测试仪及材料表面微纳米力学测试系统对薄膜的相组成、微观结构、三维形貌及摩擦学性能进行了检测和分析。结果表明：在未施加空心阴极电子束作用时薄膜具有明显的(112)择优取向，随着空心阴极电流的提高，薄膜逐渐朝着多晶面生长，择优取向减弱。电子束对膜层的形貌及摩擦学性能有显著影响，随着电子束能量的提高，膜层逐渐变得致密、平整，表面粗糙度和摩擦系数均降低，抗磨损性能提高。关键词空心阴极TiA1N薄膜电子束离化率中图分类号：TG148文献标识码：Adoi：1

6、0．3969／j．ism．1672—7126．2012．01．05通过物理气相沉积(PvD)方法制备的TiN和缺陷，这严重影响了膜层的使用性能_7_8J。目前，主TiA1N薄膜，具有高硬度、高耐磨性等特点，在工业要采用两种技术来去除大颗粒污染，一是改进电弧中得到了广泛应用，尤其在工模具领域[卜引。与源，尽量减少阴极靶所发射液态颗粒的数量及尺寸；TiN相比，TiA1N薄膜具有高熔点、高硬度及更好的二是在传输过程中对液态颗粒进行过滤-9J。两者均膜基结合力等特性，尤其是TiA1N薄膜高的热稳定在一定程度上减少了大颗粒污染，但同时也存在着性和抗高温氧化性能，是一种理想的适

7、合高温环境使沉积效率降低等弊端。近年来的研究表的超硬耐磨材料l3-6J。明【10_nJ，采用空心阴极电子束辅助沉积的方式同为了制备出性能更加优异的TiA1N薄膜，现已样可以起到净化大颗粒的作用，此方法的优点在于开发出多种薄膜沉积技术，其中，多弧离子镀技术以在减少大颗粒污染的同时并不降低沉积效率。M．其高的离化率和沉积率的特点而得到广泛的应用。Holzherr和M．Benda等l10,12J分别对空心阴极电子束但通过此方法所制备的薄膜存在着表面大颗粒污染在多弧离子镀A1CrN薄膜及磁控溅射镀膜中所起的收稿日期：2011-01-02*联系人：(0431)857164