磁控濺射制備TiAlN和TiAlSiN薄膜及其性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代刀具行業(yè)的發(fā)展需求，單一的二元涂層TiN己不能滿足行業(yè)需求，刀具表面處理需向多元、復(fù)合涂層方向發(fā)展，TiAlN、TiAlSiN多元薄膜具有更好的硬度、更好的抗氧化性、更強(qiáng)的耐磨性能，因而具有更好的研究及實(shí)用價(jià)值。
　　本論文采用磁控濺射技術(shù)，在不銹鋼、硬質(zhì)合金基底上，利用不同Al含量的Ti-Al合金靶和Ti-Al-Si燒結(jié)靶，通過(guò)改變N2分壓、溫度、濺射功率制備多組TiAlN、TiAlSiN薄膜。利用掃描電子顯微鏡(SEM

2、)，能譜分析儀(EDS)及X射線衍射儀(XRD)對(duì)薄膜的相組成、微觀形貌及成分進(jìn)行了表征;利用顯微硬度計(jì)、激光共聚焦、涂層自動(dòng)劃痕儀對(duì)薄膜硬度、三維形貌及結(jié)合力進(jìn)行了表征;分析了N2分壓、濺射溫度及功率對(duì)相結(jié)構(gòu)、微觀表面形貌及力學(xué)性能的影響規(guī)律，研究表明:
　　(1)Al原子的引入能顯著提高薄膜的硬度，在三個(gè)比例的靶材中，Ti、Al原子比為50∶50和70∶30時(shí)，薄膜最高硬度相近達(dá)3700HV，原子比為80∶20時(shí)硬度下降為29

3、00HV，顯著高于TiN薄膜硬度。加入Si原子后，TiAlSIN薄膜硬度增加到4300HV，并且引起XRD衍射峰的偏移和寬化。
　　(2)最佳工藝參數(shù)下，TiAlN薄膜的抗氧化溫度達(dá)800℃，TiAlSiN薄膜抗氧化溫度可達(dá)900℃。說(shuō)明Al、Si原子的引入能顯著提高薄膜的抗氧化性能。
　　(3)基底為不銹鋼時(shí)，TiAlN薄膜最大硬度時(shí)的結(jié)合力為25N，基底為硬質(zhì)合金時(shí)，TiAlN薄膜結(jié)合達(dá)80N，TiAlSiN薄膜結(jié)合力為