高性能铝基氮化物复合薄膜的制备与研究

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1、摘要摘要本文研究了在Bulat一6多弧离子镀膜机上真空电弧沉积A1N薄膜的基础上，对AlN基薄膜进行铬元素的复合制备了(Al，cr)N薄膜，采用A1，si合金靶和铬靶的组合沉积薄膜，从而把硅元素引入到薄膜中制各了(Al，cr，si)N薄膜，并且采用离子束辅助沉积工艺沉积(Al，Cr，Si)N薄膜。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对薄膜进行了结构和形貌的表征，用显微硬度计、摩擦磨损实验仪对薄膜的力学性能进行了检测，并且初步研究了薄膜的高温抗氧化性能。分析了AlN基薄膜中铬元素含量的控制以及铬元素的复合对薄膜组织结构、表面截面形貌、显微硬度、摩擦磨损和高温抗氧化性能的影响。研究

2、了在(Al，cr)N薄膜中加入硅元素的可行性、含量控制和硅元素的加入对薄膜组织结构与性能的影响，并且研究了离子束辅助沉积工艺对薄膜质量的影响。结果表明：真空电孤沉积AlN薄膜是可行的方法之一，浚方法制各的膜层中以AIN(100)相为主，并在此基础上复合Cr元素固溶于AlN薄膜中，形成(Al，cr)N复合薄膜。比例调节器在0～25％可调的比例通量范围内，可以比较精确控制(Al，cr)N薄膜中cr含量在9．2％以内变化。在本实验中Cr元素的加入产生固溶强化的效果，而且随着Cr含量的增加，薄膜的硬度和耐磨性提高。采用合金靶把si元素引入到薄膜中，多元的(Al，Cr，Si)N薄膜

3、中Si的含量比靶材中的含量严重偏低，存在着负的成分离析效应。si元素的加入，产生细化晶粒的作用，而且si代替晶格中的Al原子或Cr原子产生一定的晶格畸变，从而结构有所变化，在宏观上表现成硬度及耐磨性都有所提升。制各方法上引入功能性更强的离子束辅助沉积，对薄膜的结构和性能都有所改善，从而提高了薄膜的质量。重点研究了AlcrN系薄膜的高温抗氧化性能，薄膜的表面被迅速氧化形成的A1203和cr203为主的致密氧化物膜层，大大减缓了氧原子向基体的扩散，表现出良好的高温抗氧化性能，同时Si元素的加入提高了薄膜的抗氧化性能。关键词：(Al，Cr)N薄膜和(Al，Cr，Si)N薄膜多弧

4、离子镀离子束辅助沉积高温抗氧化性能耋童三些查兰三兰堡圭兰堡丝圣AbstractAINfilmsweredepos“edbyBulat一6multi—arcsionfilmplatingmach血e，andthen，onthebasisofthistechnics，theAlCrNandAlCrSiNcompoundfilmswerepreparedbyVADandIBAD．SllrfaceandsectionaltopographywereobserVedbySEM；structureofthemmwasdeterminedbyXRDmachine；microhardne

5、ssofthefilmsweremeasuredbythemicrohardnesstestmachine；resistanceofabrasionandinoxidizablewerealsostudied．TheafkctionofCrorSicontenttothestmcture，appearance，microhardness，frictionperformanceandhi曲一teInperatureoxidationresistaIlceoftheAlNbasedmmswere柚alyzedintheanicle．TechnicsofpreparingAIN

6、filmwefefeasible，andthebestN2pressureisO．25Pa．TheCrcontentin(Al，Cr)NfilmscaIlbecontrolledaccllratelybytheproportionalregulator，anditspercentagecompositionvarieswiththefluxoftheproportionalfromzcroto9．2percent．Themicrohardnessandwear—resistingproertywereenhancedbyaddingCr，andmoreCrisadded，

7、betterperforImnceofthe士’lmsisobtained．InthewayofA1／sialloytargetspreparing(Al，cr，si)Nfilms，compos“iondemixingofSiwasobserved，Sicontentinfilmswasmorelowerthanitsintargets．Siexistinnlmsbythesolidsolutionoritsn“ride，so“does，thecharacterof(Al，cr，si)Nfllmswasimproved．Wha