鈦基及鋯基多元氮化物薄膜的組織與性能研究.pdf

1、本文采用電弧離子鍍技術，制備了(Ti1-x-yAlySix)N和(Zr1-xAlx)N薄膜，利用掃描電鏡(SEM)能譜分析(EDS)X射線衍射(XRD)，顯微硬度計，分析天平等技術和設備對薄膜進行了結構和形貌表征，用顯微硬度計，摩擦磨損實驗儀分析天平等對薄膜的性能進行了檢測。分析了Si含量及離子束對(Ti1-x-yAlySix)N薄膜結構、力學性能(硬度，磨損性能)，抗高溫氧化性能的影響；分析了Al含量(Zr1-xAlx)N薄膜結構、力

2、學性能(硬度，磨損性能)，抗高溫氧化性能的影響。結果表明： Si含量為2.1at.％和5.6at.％的合金靶材制備的(Ti1-x-yAlySix)N中Si表現為程度較低的正的成分離析。Si含量為8.5at.％的靶材制備薄膜為負的成分離析。采用離子束輔助沉積制備時，Si表現為正的成分離析。無離子束輔助沉積時(Ti1-x-yAlySix)N薄膜有(111)，(200)，(222)的取向，其中(111)為主要取向。隨Si含量的增加，涂

3、層的(111)，(222)的取向減弱，(200)的取向增強，衍射峰的位置向小角度偏移。離子束輔助制備的(Ti1-x-yAlySix)N薄膜表現為(200)的擇優(yōu)取向。采用離子束輔助沉積和無離子束輔助沉積制備(Ti1-x-yAlySix)N薄膜的硬度，耐磨性和抗氧化性能隨著Si含量的增加而升高，這主要是由于薄膜中Si含量的變化及離子束作用引起的晶體結構，擇優(yōu)取向的改變及內應力的變化等因素造成的。 通過比例調節(jié)器控制Al的通過量，可

4、以制備不同Al含量的(Zr1-xAlx)N薄膜，所制備薄膜的實際Al含量與設計理論Al含量相近，比例調節(jié)器起到了控制膜層中Al含量的作用。隨著Al含量的增加，薄膜的主要相由單一面心立方結構的ZrN相，轉變?yōu)橥瑫r出現面心立方結構的ZrN相和纖鋅礦結構AlN相。隨著A1含量的增加，ZrN(111)衍射峰的位置向小角度偏移。(Zr1-xAlx)N薄膜的硬度和抗磨損能力隨Al含量的增加先升高后降低，這是由于薄膜中A1含量的變化所引起晶體結構，擇