双层辉光离子渗金属技术沉积氮化钛薄膜的微观结构研究.pdf

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1、第31卷第1期中南民族大学学报(自然科学版)Vo1．3lNO．12012年3，jJournalofSouth-CentralUniversityf0rNationalities(NatSci．Edition)Mar．20l2_一～．j一～．～⋯m蠹Mn_～一曲唧e囊0a呈D～吨一．～一t¨∞-～m～一c=圣一e．一山一～～一～印叫y～舳㈣一～1～髂鲫9～讨一～(Ⅲ_．l．一l{一～b一墨耋n薹一啪吖=双层辉光离子渗金属技术沉积氮化钛薄膜的微观结构研究陈首部，韦世良，何翔，孙奉娄(中南民族大学电子信息工程学院，武汉430074)摘要采用双层辉光离子渗金属技术，在硬质合金

2、基体表面上制备r氮化钛(TiN)薄膜，通过微观结构和显微硬度分析，研究了基体温度对TiN薄膜性能的影响．实验结果表明：所有TiN样品均具有面心立方结构，并且薄膜生长的择优取向、晶粒尺寸、晶面间距、晶格常数和微观硬度等都与基体温度密切相关．当基体温度为650～780℃时，TiN薄膜具有最小的晶粒尺寸(26．9nm)和最大的显微硬度(2204HV)．关键词双层辉光离子渗金属技术；氮化钛薄膜；微观结构中图分类号TG156．8文献标识码A文章编号1672-4321(2012)01—00664)5MicrostrutureofTitaniumNitrideFilmsPrepar

3、edbyDouble-GlowDischargePlasmaSurfaceAlloyingTechniqueChenShoubu，WeiShiliang，HeXiang，SunFenglou(CollegeofElectronicInformationEngineering；South—CentralUniversityforNationalities，Wuhan430074，China)_暑．ae)，n．至∞三山_耄一_量Cr．1Ua一一_妻～氮化钛(TiN)为面心立方结构，具有优异的机积、电子束蒸发沉积等)、化学气相沉积(CVD)、等械性能和化学性能，如高硬度、低

4、摩擦系数、良好的离子体辅助化学气相沉积(PACVD)等，它们虽然具耐磨性、抗腐蚀性和化学稳定性．作为一种性能优良有工艺过程简便、工作温度低(180～500℃)、应用的表面改性材料，在许多领域中广泛应用，例如工业范围广等优点，但也存在着TiN薄膜与基体之间结上它被用于切削刀具、机械部件和生物医疗器械的合强度较低的缺陷，有时难以满足应用条件的要表面强化，表面制备了TiN薄膜的齿轮、钻头、拉刀、求，所以，探索制备TiN的新技术以及获得多层、铣刀，可以显著提高其使用寿命¨．制备氮化钛的多元TiN硬质涂层已经成为目前该领域的研究热主要方法有：化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉

5、点．双层辉光离子渗金属技术是一种新型的表面合积法(PVD)等．从已有文献报道来看，TiN薄膜金化技术J，与PVD和CVD相比，该技术最显著的制备工艺主要有物理气相沉积(PVD，如溅射沉的特点是能够在基体表面形成所需厚度且结合强度收稿日期2011—1l-06作者简介陈首部(1964一)，男，高级工程师，研究方向：等离子体应用技术，E—mail：chensb64@sohu．com基金项目湖北省自然科学基金资助项目(2011CDB418)；中南民族大学学术团队基金资助项目(XTZ09003)；cft央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CZZ11001)第1期陈首部，等：双

6、层辉光离子渗金属技术沉积氮化钛薄膜的微观结构研究67极高的渗镀扩散层，同时它还具有节约贵金属、节省双层辉光离子渗金属没备是在实验室现有离子能源、绿色环保、可大面积处理以及表面合金成分可渗氮设备的基础上再加上一组直流脉冲电源改造而控等优点10-141．利用它已经成功在基体表面形成成，整套设备由电气控制系统(两组)、真空炉体、渗Ni、Cr、W、Mo、Ta单元渗以及Ni—Cr、W—Mo、Ni—Cr-剂气体配气系统、真空产生与维持系统、真空测量与M0．Nb等多元渗10,15]．本文在双层辉：离子渗金属控制系统、温度测量系统等几大部分组成，源极和阴技术的基础上利用钛板作为放电源

7、极，在硬质合金极的电源可以互换，容易实现源极电压高于、等于或YG8基体上进行等离子体辉光渗镀TiN，重点研究低于阴极电源电压．基体温度对TiN薄膜晶体结构和显微硬度的影响．2．2基体表面处理选用硬质合金材料YG8作为基体，由于其原始1双层辉光离子渗金属技术表面一般覆盖有氧化层、吸附层和普通沾污层，基体表面处理的主要内容是选择适当的方法去除其表面双层辉光离子渗金属技术是我国学者徐重教授的自然覆盖物，达到与表面技术所要求的清洁度，因发明的具有自主知识产权的等离子表面改性技此沉积TiN涂层之前，YG8基体先后经过手工打磨、术’，它利用低温等离子体和固态：金