氮气流量对复合离子镀TiAlN薄膜性能的影响-论文.pdf

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1、第34卷第1期天津师范大学学报(自然科学版)Vo1．34No．12014年1月JournalofTianjinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Jan．2014文章编号：1671．1114(2014)01—0038—04氮气流量对复合离子镀TiA1N薄膜性能的影响薛利，黄关东，程芳，刘野，许世鹏，李云珂(天津师范大学物理与材料科学学院，300387)摘要：利用电弧离子镀和磁控溅射相结合的复合镀技术，在300V偏压、不同氮气流量下制备了一系列TiA1N薄膜．利用XP一2台阶仪、XRD、SEM和纳米力学测试

2、系统分别对薄膜的沉积速率、晶体结构、表面形貌、硬度和弹性模量等进行测试和分析．实验结果表明：随着氮气流量的增大，薄膜的表面质量逐渐提高，薄膜的硬度和弹性模量均随氮气流量的增大呈现出先增加后减小的变化趋势．关键词：电弧离子镀；磁控溅射；TiA1N薄膜；氮气流量；晶体结构；表面形貌；硬度中图分类号：TN919文献标志码：AInfluenceofnitrogenflowsonpropertiesofTiAINfilmspreparedbyhybridionplatingXUELi，HUANGMeidong，CHENGFang,LIUYe，XUShipe

3、ng，LIYunke(CollegeofPhysicsandMaterialsScience，TianjinNormalUniversity，Tianjin300387，China)Abstract：TiA1Nthinfilmswerepreparedbyhybridionplating，consistingofarcionplatingandmagnetronsputtering，withdifferentnitrogenflowsat-300Vbias．Depositionrate，crystalstructure，surfacemorpho

4、logy，hardnessandmodulusofthefilmsweretestedandanalyzedbyXP一2profiler，X-raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscopy(SEM)，nano-indenter，respectively．Theresuhsshowedthatthesurfacemorphologyofthefilmsbecamebetterwiththeincreaseofnitrogenflows．Thehardnessandmodulusofthefilmsinc

5、reasedatfirstandthendecreasedwiththeincreaseofnitrogenflows．Keywords：arcionplating；magnetronsputtering；TiA1Nthinfilm；nitrogenflow；crystalstructure；surfacemorphology；hardness近年来，TiN薄膜被广泛应用到金属切削刀具和国内外制备TiA1N薄膜的方法很多，既有多弧离工业生产中_l_5l，这是因为它除了具有硬度较高、摩擦子镀工艺，也有多靶磁控溅射技术【13】．电弧离子镀系数较低和漂

6、亮的金黄色等优良特征外，还具有良好是以真空等离子体技术为基础的镀膜方法，由于电弧的导热性和导电性．但TiN高温抗氧化性较差，不能等离子体具有很高的离化率(可达60％80％)，所以满足高温、高速切削、干切削及微润滑切削刀具、模薄膜沉积速率快，沉积能量高，膜基结合力强，但也具等机械加工领域的要求．由于Al元素在高温时易形存在膜层表面易产生大颗粒污染的问题，这不仅影响成氧化铝，且利用Al的固溶强化效果可有效提高薄了薄膜表面的粗糙度，而且破坏了薄膜的连续性[13】I膜的高温抗氧化性和耐磨性同，因此人们在TiN中添磁控溅射是一种“低温”溅射沉积技术，沉积过

7、程中，加Al元素形成TiA1N薄膜．TiA1N薄膜兼具TiN和电子对基体的轰击能量小，容易实现薄膜的低温沉A1N薄膜高硬度、高氧化温度、热硬性好、附着力强、积，使基体不产生回火软化，避免了基体与所沉积薄摩擦系数小和导热率低等优良特性【_9_，被认为是比膜之间存在较大的硬度差，也不存在表面显微喷溅颗TiN更有前途的新型涂层材料，可广泛应用到如微型粒污染的问题，膜层致密度高、工艺稳定．但磁控溅射高精密轴承、运载飞机和卫星等各个领域．的沉积速率较低，结合力差，不适合大规模工业生产，收稿日期：2013—06—21基金项目：国家自然科学基金资助项目(610

8、78059)；天津师范大学创新计划资助项目(52X09038)第一作者：薛利(1989一)，女，硕士研究生．通信作者：黄美东(1972一