直流磁控溅射制备TiAlCN薄膜及其性能研究.pdf

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1、第33卷第1期摩擦学学报Vol33No12013年1月TribologyJan，2013直流磁控溅射制备TiAICN薄膜及其性能研究郑建云，郝俊英h，刘小强，龚秋雨，刘维民(1．中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，甘肃兰州730000；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：采用直流磁控溅射技术制备TiA1CN薄膜，研究了直流电流对TiA1CN薄膜的薄膜成分、微观结构、机械性能和摩擦性能的影响．研究表明：随着直流电流的增加，薄膜中C元素含量逐渐降低；薄膜中无定形碳含量减少，而(Ti，A1)CN．一晶粒增加．另外，在低于3．0A直流电流范围内薄膜的表面粗糙度无明显变化，而

2、当直流电流高于3．0A时，薄膜的表面粗糙度随直流电流的增加而显著上升．随着直流电流的增大，薄膜的硬度先增加后降低，而薄膜的摩擦系数则先降低后升高．在直流电流为3．5A时，薄膜的硬度和摩擦系数分别约为22．2GPa和0．16．关键词：直流磁控溅射；TiA1CN薄膜；微观结构；硬度；摩擦行为中图分类号：TG135+．5文献标志码：A文章编号：1004—0595(2013)O1—0085—06PropertiesofTiAICNFilmsPreparedbyDirectCurrentMagnetronSputteringZHENGJian—yun一，HAOJun—ying，LIUXiao—qia

3、ng，GONGQiu—yu，LIUWei—min(．StateKeyLaboratoryofSolidLubrication，LanzhouInstituteofChemicalPhysics，ChineseAcademyofSciences，Lanzhou730000，China2．GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：TiA1CNfilmsweredepositedbydirectcurrentmagnetronsputteringinordertostudythecompositio

4、n，mierostrueture，mechanicalandtribologicalpropertiesasafunctionofdirectcurrent．Theresultsshowthatwiththeincreaseofthedirectcurent，therelativecontentsofelementCreducedgradually，thecontentsoftheamorphouscarboninthefilmdecreasedandthe(Ti，A1)CN1一crystalgrainincreased．Inaddition，thesurfaceroughnessofth

5、efilmwasalmoststeadyunderadirectcurentof3A，andconversely，thesurfaceroughnessofthefilmincreasedsuddenlyasthedirectcurrentwasincreased．Withtheincrementofthedirectcurent，thehardnessofthefilminereasedfirstlyandthendecreased，howeverthefrictioneoemcientofthefilmdecreasedfirstlyandthenincreased．Atthedire

6、ctcurentof3．5A，thehardnessandfrictioncoeficientoftheTiA1CNfilmwereabout22．2GPaand0．16，respectively．Keywords：directcurentmagnetronsputtering，TiA1CNfilms，microstrueture，hardness，tribologicalbehaviours氮铝化钛(TiA1N)薄膜是在TiN薄膜基础上发其他研究者已经指出Al原子的加入会导致薄膜的展起来的一种具有优良性能的薄膜材料，如高硬度、摩擦系数较高且韧性较低I6．因此，一些研究人员强耐腐蚀和耐磨性

7、、优异的抗高温氧化能力等特尝试使用其他原子的掺杂来解决这一问题，其中在点卜．作为一种先进的薄膜材料，其在很多方面都TiA1N薄膜中加入C原子被认为是较为有效的方法有应用，包括刀具、航空航天、机械制造等领域．然而之一]．事实上，TiA1CN薄膜被报道在高的切割Received21May2012，revised28June2012，accepted4July2012，availableonline28January2013C