TiN-AlN納米多層膜的制備與性能研究.pdf

1、表面工程作為一門新興的綜合性學(xué)科，近年來，在國(guó)內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展。實(shí)踐表明，表面工程的運(yùn)用能有效改善材料的表面性能，提高生產(chǎn)力，節(jié)約資源。硬質(zhì)薄膜因能顯著改善刀具的切削性能及工具的抗磨損性能，提高其使用壽命以及增加產(chǎn)品的美觀度而備受關(guān)注。近二十年來發(fā)展起來的納米多層膜，由于在較小的調(diào)制周期下表現(xiàn)出比單一膜層更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能而成為繼單層硬質(zhì)薄膜后另一類具有良好發(fā)展前景的硬質(zhì)薄膜材料。 離子束增強(qiáng)磁控濺射技術(shù)制備膜層致密，離子

2、束可以對(duì)界面進(jìn)行修飾，能制備出界面清晰的多層膜。本文利用非平衡磁控濺射結(jié)合離子源技術(shù)制備了TiN膜和TiN/AlN納米多層膜。采用了高角及低角XRD、HRTEM、SEM、顯微硬度計(jì)、劃痕儀等技術(shù)對(duì)膜層的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了表征；并研究了不同工藝參數(shù)對(duì)多膜層主要力學(xué)性能的影響，得到了最佳的制備工藝。主要研究結(jié)果如下： (1)離子束增強(qiáng)非平衡濺射技術(shù)制備TiN薄膜的研究，研究了負(fù)偏壓、氮?dú)饬髁?、離子源電流、基體溫度等對(duì)膜/基結(jié)合力、硬度

3、等性能的影響；得到了它們對(duì)膜厚層主要力學(xué)性能的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)證明：在基體溫度為200℃、基體偏壓為-150V、氮?dú)饬髁繛?5sccm、離子源電流為6A、靶電流為12A時(shí)得到的膜層性能最優(yōu)。膜層為金黃色、硬度達(dá)到2600Hv、結(jié)合力達(dá)到41N。 (2)離子束增強(qiáng)非平衡濺射技術(shù)制備TiN/AlN納米多層膜的研究，主要研究了該膜層的力學(xué)性能，獲得了具有一定超硬效應(yīng)的小調(diào)幅周期TiN/AlN納米多層膜。研究了氮?dú)饬髁亢拓?fù)偏壓對(duì)膜層性能的

4、影響，證明隨著這兩種因素的變化膜層的硬度都存在一個(gè)極值。TiN/AlN納米多層膜的最佳制備工藝參數(shù)如下：基體溫度為150℃、偏壓為-100V、氮?dú)饬髁繛?5sccm、離子源電流為6A、Ti靶電流為10A，A1靶功率為5.5KW。膜層硬度達(dá)到3100Hv、結(jié)合力達(dá)到50N以上。TiN/AlN納米多層膜的主要硬化機(jī)理是細(xì)晶強(qiáng)化和界面對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用。 (3)研究了TiN/AlN納米多層膜抗腐蝕試驗(yàn)及抗氧化性能試驗(yàn)證明：TiN/AlN