钛基及锆基多元氮化物薄膜的组织与性能研究

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1、摘要本文采用电弧离子镀技术，制各了(Til．x-yAlysi。)N和(zrl．xAl0N薄膜，利用扫描电镜(SEM)能谱分析(EDS)x射线衍射(Ⅺ①)，显微硬度计，分析天平等技术和设备对薄膜进行了结构和形貌表征，用显微硬度计，摩擦磨损实验仪分析天平等对薄膜的性能进行了检测。分析了si含量及离子束对(Til．x．vAl，six)N薄膜结构、力学性能(硬度，磨损性能)，抗高温氧化性能的影响；分析了Al含量(Zr卜。Al。)N薄膜结构、力学性能(硬度，磨损性能)，抗高温氧化性能的影响。结果表明：Si含量为2．1at．％和5．6at．％的合金靶材制备的(Til．x。A

2、l，Six)N中Si表现为程度较低的正的成分离析。si含量为8．5at．％的靶材制备薄膜为负的成分离析。采用离子束辅助沉积制备时，si表现为正的成分离析。无离子束辅助沉积时(Til+，AI，Si。)N薄膜有(111)，(200)，(222)的取向，其中(儿1)为主要取向。随Si含量的增加，涂层的(111)，(222)的取向减弱，(200)的取向增强，衍射峰的位置向小角度偏移。离子束辅助制备的(Til_x-vAlvSi。)N薄膜表现为(200)的择优取向。采用离子束辅助沉积和无离子束辅助沉积制各(Ti。．。．vAlvsix)N薄膜的硬度，耐磨性和抗氧化性能随着si

3、含量的增加而升高，这主要是由于薄膜中Si含量的变化及离子束作用引起的晶体结构，择优取向的改变及内应力的变化等因素造成的。通过比例调节器控制Al的通过量，可以制备不同Al含量的(Zrl-xAlx)N薄膜，所制备薄膜的实际Al含量与设计理论A1含量相近，比例调节器起到了控制膜层中Al含量的作用。随着Al含量的增加，薄膜的主要相由单一面心立方结构的ZrN相，转变为同时出现面心立方结构的zrN相和纤锌矿结构A】N相。随着A1含量的增加，zrN(111)衍射峰的位置向小角度偏移。(Zrl．xAlx)N薄膜的硬度和抗磨损能力随Al含量的增加先升高后降低，这是由于薄膜中A1含

4、量的变化所引起晶体结构，择优取向的改变及内应力的改变等因素造成的。薄膜的抗氧化性能随Al含量的增加而提高，高温下A1203的形成是(Z。1．xAl。)N薄膜抗氧化性能提高的主要原因。关键词：多弧离子镀离子束辅助沉积(TiI-x-yAlysi。)N薄膜(zrl．xAlx)N薄膜结构与性能三至三些奎薹三兰堡圭篁三AbstractT11isaniclestudiedthe(Til-x_yAlysix)Nand(Zn．xAlx)Nfilmspr印aredbyBulat-6muni-arcs-ionfilmsplatil培mchine．Themetalliccomposi

5、tioIl，phasestructure，rnechanicalperformance，andoxidation-resistancewercinveSt遮atedbyElectronMicrosc叩y(SEM)，x·RayDi衢action(Ⅺ①)，MicmhardnessTester，AbmsionmachilleandAnal”icalbahnce．The砌uenceofSia11dAlonthestmcturearldperformanceofthef{1mswereamlyzed．Theresult砌ic砒ed：SiiIl(Til-x．yAlySix)

6、NfilmspreparedbyAlSi(Si2．1at．煳targeta11dAlSi(Si，5．6at．％)targetwerenegativcdemisiIlgdegreelowly．SiitlthefilrIlSpreparedby越Si(8．5at．％)target趾d10nbeamassistedd印ositionWerepositivedeIIlis访g．Thcorientatiollsof(Til*yAlysix)Nfilmsprcparedbyrnuhi．arcs·ionfilmsplatmgtecllIlologywere(1l1)，(200

7、)and(222)．(111)wastheprefeH谢oriemation．Wi：tIlAlcontentmcreasmg，the(111)and(222)oriemation、vereweake坞(200)oriemationwasiIlcreasedanddifhactionpeakmoVedtosmallangle．Theoriemationof(Til．x-yAlysix)NfilmspreparedbyIonbeamassisteddepos“ionwas(200)．Thehardness，wear—resistanceandoxidation_re

8、sistanceofth