氮化鈦硬質(zhì)薄膜抗氧化性能研究.pdf

1、本論文研究 TiN硬質(zhì)薄膜的主要性能和氧化機(jī)理。采用我校自行研發(fā)的XH-830型熱陰極電弧磁控離子鍍膜機(jī)在牌號(hào)為ZK1型硬質(zhì)合金表面沉積TiN薄膜444試樣分別進(jìn)行一個(gè)小時(shí)的氧化處理。利用金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、X光電子能譜（XPS），顯微硬度儀和劃痕儀對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)、成份和性能進(jìn)行分析。 金相和SEM觀察表明，薄膜平均厚度約5μm，表面是典型的小島狀組織，整個(gè)薄膜致密，無缺陷，與基體結(jié)合緊密

2、，柱狀晶結(jié)構(gòu)明顯。表層晶粒隨氧化溫度升高而長大。650℃時(shí)出現(xiàn)薄膜脫落現(xiàn)象。 XRD分析表明，TiN硬質(zhì)薄膜的生長具有明顯地（Ⅲ）晶面取向，晶體取向百分比平均達(dá)80％。在550℃，薄膜開始有TiO2產(chǎn)生，隨著溫度升高TiO2生成量大幅增加。XPS分析表明，TiN與O2反應(yīng)后生成TiNxOy、TiO2和TiO0．73，隨著氧化溫度的升高，TiO2和TiO0．73含量增多，TiNxOy含量減少，TiN的特征峰消失。晶體學(xué)和熱力學(xué)分

3、析表明，Ti與O原子易結(jié)合，當(dāng)O原子進(jìn)入TiN晶胞時(shí)，只需少量激活能就可轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石結(jié)構(gòu)的TiO2，當(dāng)氧含量不足時(shí)形成TiNxOy；整個(gè)薄膜由復(fù)雜的氧化物構(gòu)成，N原子以N-O鍵的形式存在薄膜當(dāng)中，少數(shù)以N2形式存在。 顯微硬度和劃痕測試分析表明，TiN硬質(zhì)薄膜的顯微硬度平均達(dá)2388HV、結(jié)合力最大能達(dá)85N。隨著氧化溫度的升高，TiO2含量的增加，薄膜的硬度和結(jié)合力都呈拋物線下降。TiO2在高溫時(shí)，形成速度快、硬度低、致密度差