非平衡磁控溅射离子镀制备TiAlN薄膜及其性能研究

发布时间：2019-09-07 06:56

【摘要】：硬质涂层能显著提高刀具、模具的使用寿命和被加工零件的质量。TiAlN涂层因具有硬度高、热硬性好、抗高温氧化能力强、附着力强等优点,作为硬质涂层材料,已广泛应用于切削工具、模具和耐磨损耐腐蚀零件的表面强化。近几年,虽然已经有很多制备方法能获得性能良好的TiAlN硬质涂层,但是还能在影响涂层性能的工艺参数上进一步改善涂层性能,因此为了制备出优异性能的TiAlN涂层,需要对其制备技术和相关的工艺参数进行研究和设计。本文采用中频非平衡磁控溅射技术制备TiAlN薄膜。采用正交试验方法,研究直流偏压、离化功率、溅射功率及时间各试验参数对TiAlN薄膜力学性能的影响。旨在找出能够镀制优良性能镀层的最佳工艺方案。以最佳试验方案下的试样为参照,研究直流偏压、离化功率、溅射功率三个参数对TiAlN薄膜断口形貌、薄膜成分及物相结构的影响。通过显微硬度仪、划痕仪、金相显微镜、XRD、SEM和EDS等仪器分别对薄膜的硬度、结合力、物相结构、断口形貌的主要性能进行了测试分析。TiAlN薄膜作为一种使加工工具表面强化的硬质涂层,是以其硬度和膜基结合力来判别切削性能优劣的主要标准。本实验的研究结果表明溅射功率对薄膜的硬度起着决定性影响,离化功率对薄膜的膜基结合力有很大影响,采用适当的偏压、离化功率、溅射功率沉积条件以及沉积时间是获得优越性能薄膜的必要条件。通过对薄膜断口形貌和物相结构分析表明:在一定的范围内,随着偏压的升高,薄膜组织结构致密,与基底表面形成互扩散结构而无明显的分界层;溅射功率与离化功率的提高,使得膜层形成细小的晶粒较多,断面更加光滑平整;EDS能谱分析结果发现,溅射功率对Al的含量有较大的影响,随着溅射功率的提高,Al/Ti逐渐增大;XRD分析结果发现在四组样品的薄膜中检测出其AlN相结构均在(111)晶面取向具有明显高的生长优势,I(111)/I(200)越大,TiN衍射峰越向高角度偏移即其晶格常数减小。
【图文】：

溅射现象

图 1.1 溅射现象Fig.1.1 sputtering phenomena入射离子能量过高时，会直接进入靶材表面内，产生一系列的物作用于内部原子发生多次级联碰撞，如图 1.2 所示，使得内部组[10]

示意图,级联,固体,结构组织

Fig.1.1 sputtering phenomena射离子能量过高时，会直接进入靶材表面内，产生一系列用于内部原子发生多次级联碰撞，如图 1.2 所示，，使得内体结构组织发生变化[10]。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】