復(fù)合離子鍍AlTiN薄膜的結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、AlTiN三元復(fù)合膜在刀模具領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,這是由于它具有高硬度、耐磨、較低的摩擦系數(shù)、良好的膜基結(jié)合力、明顯的抗高溫氧化能力強(qiáng)等特點(diǎn)。到目前為止,制備AlTiN薄膜的方法主要有:磁控濺射、電弧離子鍍、電子束蒸發(fā)離子鍍、離子束輔助沉積等。在諸多鍍膜技術(shù)方法中,電弧離子鍍的特點(diǎn)最為顯著,主要是具有成膜速率快、膜層致密、膜基結(jié)合力強(qiáng)等特點(diǎn),已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的主要技術(shù),特別是它具有離化率高、鍍膜產(chǎn)量大的優(yōu)點(diǎn),是其它鍍膜技術(shù)無(wú)法比擬的。

2、然而,電弧蒸發(fā)原理基于冷陰極產(chǎn)生弧光放電,所沉積的膜層表面通常會(huì)存在“大顆?！薄＿@些“大顆?！钡拇嬖?在膜層中形成了硬度軟點(diǎn),而且遮擋了而后過(guò)來(lái)的原子的沉積,導(dǎo)致膜層的硬度和膜基結(jié)合力下降,從而造成膜層的使用性能的降低。因此,“大顆?！钡拇嬖趯?duì)于電弧離子鍍技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用和發(fā)展產(chǎn)生了一定地限制和阻礙作用。而磁控濺射的特點(diǎn)是工藝穩(wěn)定、膜層結(jié)構(gòu)較均勻、表面質(zhì)量高,但其缺點(diǎn)是離化率低、粒子能量小,從而影響膜與基底的結(jié)合力。目前,將兩種工藝結(jié)合

3、,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)逐漸成為了制備質(zhì)量更加優(yōu)良的AlTiN薄膜工藝的一個(gè)重要的研究方向。本文將直流磁控濺射與電弧離子鍍技術(shù)相結(jié)合,形成復(fù)合離子鍍技術(shù),充分利用了這兩種獨(dú)立鍍膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并克服了缺點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用磁控濺射方法濺射出Al粒子,利用電弧蒸發(fā)出Ti粒子,在氮?dú)獾入x子氣氛下于基底上沉積AlTiN膜層,減少薄膜表面存在的污染現(xiàn)象、提高膜層的顯微硬度和薄膜與基體之間的結(jié)合力,以達(dá)到提高膜層的使用性能的目的。基于以上原理,本工作利用復(fù)合離子鍍技術(shù),

4、在高速鋼W18Cr4V基材上制備了不同沉積參數(shù)條件下的AlTiN膜層并進(jìn)行了以下一系列的試驗(yàn)和分析:測(cè)量薄膜的厚度的儀器是AMBIOSXP-2臺(tái)階儀;薄膜的結(jié)構(gòu)利用X射線衍射(XRD)分析;薄膜表面形貌通過(guò)掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察觀察;采用HXD-1000顯微硬度儀和WS-92劃痕試驗(yàn)機(jī)等分別研究了薄膜的硬度和膜基結(jié)合力。重點(diǎn)研究了基體偏壓、反應(yīng)氣體(N2)流量和工件到靶材的距離(靶基距)對(duì)AlTiN薄膜結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,并對(duì)這些