工艺参数对阴极电弧离子镀ZrN薄膜表面形貌及结构的影响-论文.pdf

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1、第49卷第4期真空VACUUMVo1．49．No．42012年7月Ju1．2012工艺参数对阴极电弧离子镀ZrN薄膜表面形貌及结构的影响李福球，林松盛，康忠明，林凯生(广州有色金属研究院，广东广州510651)摘要：本文采用阴极电弧离子镀技术制备了ZrN膜层，研究了工作气压、偏压、弧流等工艺参数对ZrN膜层表面形貌和结构的影响，分别用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析了膜层的表面形貌及相结构。结果表明：工作气压、偏压、弧电流等工艺参数对ZrN膜层的表面形貌有较大的影响，在本实验内适当提高Nz压强、偏压以及在稳弧前

2、提下降低弧流有利于减少大颗粒，改善ZrN膜层表面形貌，提高膜层综合性能；不同工艺参数下制备的ZrN膜层均具有典型的面心立方结构，工作气压和弧电流对ZrN膜层晶体生长方向的影响较小，偏压对晶体生长方向的影响显著，在20v偏压下，晶体呈(200)面择优取向，继续提高偏压(100V～300V)，晶体生长呈(¨1)面择优取向。关键词：离子镀；ZrN薄膜；表面形貌；结构中图分类号：TG1774．444；TB43文献标识码：A文章编号：1002—0322(2012)04—0051—04Effectofprocessparameterso

3、nthemorphologyandstructureofZrNfilmsdepositedbycathodicarcionplatingLIFu-qiu，LINSong-sheng，KANGZhong-ming，LINKai-shengrGuangzhouResearchInstituteofNonferrousMetds，Guangzhou510651，China)Abstract：ZrNthinfilmsweredepositedbycathodicarcionplating．Scanningelectronmicros

4、cope，X—raydiffractionwereusedtoinvestigatethemorphology，phasecompositionoftheZrNthinfilms．ItisS~OWHthattheSUl~acemorphologyandperformanceoftheZrNthinfilmscanbewellimprovedbychoosinganoptimisedparameterofworkingpressure，biasvoltageandarccurrent．Thefilmspreparedunder

5、differentprocessparametersexhibitedtypicalfacecenteredcubicstructure．Thegrainorientationwassignificantlyinfluencedbythebiasvoltage，ZrNfihnsdepositedat20Vexhihited(200)preferredorientation，while(111)preferredorientationwasobservedwhenthebiasvoltageisimprovedto100V一3

6、00V．Ontheotherhand，workingpressureandarccurrenthavelessimpactonthecrystalstructureoftheZrNfilms．Keywords：areionplating；ZrNthinfilm；surfacemorphology；crystalstructure阴极电弧离子镀具有沉积速率快，离化率进行有效冷却、降低弧电流、以及用磁场加快弧高、膜层附着性能好等特点，已成为物理气相沉斑运动速度等方法都可以在一定程度上减少液积(PVD)技术在工业镀膜应用领域最主要

7、的技滴；Hovsepian等人l2l在制备TiN薄膜时用氮气对术之一。由于阴极电弧放电在蒸发金属粒子中夹阴极钛靶表面进行“毒化”，即在阴极靶表面生成带着微液滴，对膜层的质量以及表面形貌有负面高熔点的TiN薄膜，达到抑制液滴产生的目的；的影响：工具镀硬质膜层中存在液滴，影响了膜A．w．Baouchi等人_31研究了液滴在真空室内的分层的连续性，降低了膜层的耐磨、耐腐蚀性能；离布并分析了工艺参数对液滴的影响，指出液滴的子镀装饰膜层中存在液滴，影响工件的表面光洁发射与阴极靶材呈一定的角度分布，在沿阴极靶度，限制了其在高档装饰品中的

8、应用。表面6O。的方向发射液滴的密度最大，降低弧电为了提高阴极电弧离子镀薄膜的质量，必须流和增大氮气分压有利于减少液滴；黄美东等减少微液滴，国内外的研究者在这一领域做了很分别利用直流和脉冲偏压电弧离子镀技术沉积多卓有成效的工作：Boxman指出⋯，若对阴极靶TiN薄膜，发现与直流偏压相对比