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1、HCD法离子镀梯度镀层组成的研究台湾成功大学材料科学与工程系李世钦杨耀升?-----------—摘要一般的高真空高E离子链会导致加丁钩表面粗糙u二物温度上升.因而影响镀层质而HCD珐…j泼:这缺极适台下_I业应用.研究HCD弦t1孟温24-0'c寻SKH51热作工具钢卜破覆Tlc.N?瑚爱哮豆镀改变反应气体组成百比lc:H:N},来探讨冀所彤镀膜特性关键词一HCDi~塑旦塑兰盟学科码14055450302043055991引言三相(triphase)组成的碳氮化钛因为碳化钛膜的高硬度和氮化钛的高韧性,井具有高附着性优.因此其性质
2、均较单一化的碳化钛或氯化钛镀层有较好的机械性质I1-51其中EDamondandPJacquot曾以不同组成的CBq比,做单一镀层的综合性质研究,其结果也是如此.而在离子镀不同的的镀层时,存在于镀层间的高应力极易使工具在使用中产生镀层脱落,缩短工具的使用寿命困此能减少镀层间应力的梯度层被覆便广受注意梯度层被覆乃是在被覆镀层的过程中,由改变不同的制程.如改变反应气体流量,改变电流小等方式,来达到镀层随着厚度的不同而逐渐改变其镀层组成,以获得低内应力的镀层nAIN及TiCN是梯度镀层中,两种较受注目的材料I其中由于TiC,TiN和Ti
3、C.N均为NaCl型结晶结构(crystallinestructure1.且TiC的晶格常数(1atticeconstant)为4347A,TiN晶格常数为4238A.使得TiCN的晶格常数介于4238A和4347A之间随着C含量的增加其晶棒常数逐渐变大,因此在离子镀硬质薄膜时.镀层组织若能糟着厚度的成长而逐渐改变其组成.则和多层薄膜相(multilayer比起来,其不会有镀蛊与镀层间的内应力产生为了避免高温冉e处理制程影响离子镀薄膜的应用性质有许多研究者在低于250.C状态下离子镀硬质薄膜II本研究主要是利用空心阴极放电祛(Ho
4、llowCathodeDischarge,HCD)在低温的状态下制备TiCN梯度硬质薄膜,井且利用各种分析仪器探讨在低温下所制备的TiCN梯度硬质薄膜的性质,并选择其中一种条件下所制备的TiCN梯度普男副教援牦犒2011(10214f槲硬质薄膜,利用x光的各种技术来测量其优先结构方向,晶粒大小等相关常数.2试验方法21试片准备试片的基材使用经过淬火,回火热处理的JISSKH51三具钢.其硬度值为65HRC.试片的尺寸为25mm,厚度8mm在镀膜处理前,每一个试片都加以抛光至表面粗糙度达到算数平均值约为RaO3um试片的处理顺序如下
5、:在丙酮中以超声波清洗5rain.并且在10%的HSO一溶液中酸洗l5s.接着放在三氯乙烯中脱脂5rain,在丙酮中以超声波清洗3rain,然后把试片保存在分析纯丙酮中,使其表面不会受到再次污染.进行HCD镀膜处理时.将试片从分析纯丙酮中取出干燥并且放入反应室中.在反应室中所有的试件被固定在一个长方形夹具(1o0mm×200mm)的中间点.图l所示为离子镀处理的流程.首先将反应室抽到真空度为】333×I(rPa.再进行加热升温,温度稳定在240.C并且充入Ar气体使压力回升为l33322Pa.接下来将试片做离子清洗,在偏压l000
6、V下使用Ar'离子轰击20rain,然后抽真空到0266Pa进行离子镀穗目柏皿Rf翟障应气"^//,～…/..时n衄巨1离子镀处理的流程Fig1Linedrawofexperimentalprocedure鼍RHCD泣了镀梯度镀成晌,Il乍:表1固定的沉积条件基片温度沉积力主柬电参数慵压j桩氲柬既速240C266644Pa2o0A2OV8OVl5m1i130sccln表2变动的沉积参数Table2Variationparametersofdeposition12试片离子镀条件本研究以4组不同制程条件离子镀的试片做对照.表I至表2分
7、别列出固定的和变动的沉积条件参数13分析试验设备使用GDOS(GlowDischargeOpticalSpecuOscopy)来测量镀层中Ti,C,N和Fe成分的分布情况GDOS仪器的发射源为直径4mm.所以分折的区域面积大约12mm.在连续离子镀表面的过程中使用离子柬,离子镀的条件为699V.214mA和150w为了了解梯度镀层其组成及结晶结构的变化:因此采用研磨(polishing)的方式逐渐研磨掉薄膜以便做1侧试.然而为避免因为研磨过程影响到薄膜原来的状态,因此在研磨试片面是利用t3ueh[er公司所制造的自动研磨抛光轭设定
8、载荷为04536kg.转速200r/rain.使用Buehler所生产的1m悬浮钻石抛光液作研磨材牡.每次研磨600S后做结晶结构测试.本研究每次的研磨厚度约为003～004rn/次.在本文中各深度数据的获取方式是利用总研磨次数除以薄膜的总厚度,得
