电弧镀TiN薄膜性能研究.pdfVIP

第十届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集 ．175． 电弧镀TiN薄膜的性能研究 杨文茂，李雪源，吴志勇 (中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川 绵阳621900) [摘要] 的结构、表面形貌、显微硬度和摩擦磨损性能，研究了电弧离子镀沉积参数，如电弧电流、基体偏压对 薄膜性能的影响。研究表明适当增加电弧电流和基体偏压的高压有助于提高TiN薄膜的力学性能， 如薄膜硬度、耐磨损性能等；(111)晶面择优取向的TiN薄膜具有更高的硬度；较高的电弧电流沉积 的薄膜中共沉积的颗粒均匀，且直径小于5um。 [关键词] 电弧离子镀；TiN薄膜；XRD；耐磨损 温度为2000C，沉积时间100min。 1前言 X’PertPro 薄膜的相结构在Philip X射线衍射仪 TiN薄膜是目前工业应用和研究最为广泛的薄 上测定，采用掠射角衍射(GA—XRD)模式扫描，掠射 角0．5o，阳极为Cu靶。薄膜表面形貌采用KYKY一 膜材料之一，具有高硬度、低摩擦系数等优良的综合 3800扫描电镜观察。薄膜厚度采用表面轮廓台阶仪 力学性能，重点应用在刀具、模具等的耐磨损表面改 测定。薄膜显微硬度通过HXD1000B显微硬度仪来 性，在耐磨损配合零部件及特种加工装备等方面同样 测量，采用维氏金刚石压头，加载载荷为0．5N。薄膜 具有良好的应用前景。… 与基体之间的膜基结合力采用WS一97自动加载划 电弧离子镀采用弧光放电的原理熔蒸靶材实现 痕仪测量，划痕加载速率为lOON／min，划痕移动速率 薄膜的沉积，同时可在阴极靶材上直接产生等离子 体，具有离化率高、离子密度大、离子能量高、沉积速 率快、膜基结合力好等优点，但弧光放电在高的功率 盘式对磨，对磨副为SiC，载荷为5N。 下易产生“液滴”共沉积在薄膜中成为缺陷，影响薄膜 表1 TiN薄膜沉积参数变量及其沉积速率 质量。¨1本文重点研究电弧离子镀的沉积参数对制 备TiN薄膜性能的影响规律。 2试验 试验采用不锈钢(1Crl8Ni9Ti)作为基体材料，试 样经研磨、抛光，依次在丙酮、乙醇中超声波清洗后装 入电弧离子镀膜机内。基底真空6×10～Pa，靶材为 99．5％的Ti靶，通入的气体为纯度99．999％的N：， 3结果与讨论 N，流量维持lOOsccm不变，通过调节限流阀控制真空 室气压，详细沉积参数如表1所示。电弧电流为 3．1 薄膜结构 140A，采用直流叠加脉冲偏压电源施加基体偏压，高 图l所示为不同沉积参数下沉积的TiN薄膜的 XRD结构图谱。 压为变量，低压为100V，占空比为10％，初始真空室 当电弧电流为130A时，沉积的TiN薄膜为 [通信作者] 杨文茂，高级工程师，电话E— mail：culfore@163．tom 膜则倾向为(111)晶面择优取向，且在偏压高压升