磁控溅射制备TiAlN薄膜及其性能研究

发布时间：2017-12-20 00:27

  本文关键词：磁控溅射制备TiAlN薄膜及其性能研究　出处：《西华大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：为了解决硬质合金在使用中出现的问题,硬质合金镀层开始登上历史舞台。TiAlN薄膜具有硬度高、热硬性好、氧化温度高、附着力强等优点而被大量应用于各行业中。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,研究偏压、N2流量、Ti/Al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,研究偏压、N2流量、Ti/Al三个参数对TiAlN薄膜表面形貌、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、表面形貌、物相结构、断口形貌等主要性能进行了测试分析。以硬度和膜基结合力作为衡量TiAlN镀层性能优劣的标准。正交试验结果表明:偏压、N2流量、Ti/Al对镀层性能影响较大,而时间对镀层性能影响甚微;就硬度而言,随着偏压和N2流量的增大而先增大后减小,随着Ti/Al的减小呈现先增大后减小的趋势;就膜基结合力来说,随着偏压的增大而持续增大,随着N2流量的升高有小范围内的减小后持续上升,随着Ti/Al的减小而增大。得到了制备TiAlN薄膜的最佳工艺参数:N2流量65ml,偏压为30V,Ti/Al为2:3,时间为250min。通过此工艺参数制得的薄膜,厚度约为4μm,硬度可达3479HV,膜基结合力为76N。形貌和物相结构分析表明:在一定范围内,随着偏压的增加以及Ti/Al的减小,镀层表面更加平整;而镀层的厚度和偏压也影响了基体与薄膜之间的分界层;EDS研究中发现:所制备的四组样品中Al原子含量均较高;随着偏压的升高,Al/Ti逐渐下降;N2流量也在一定程度上影响着镀层中元素含量的分布;XRD研究中发现:四组样品中均发现了TiAlN系和TiN的相结构,制备的TiAlN晶粒比基体WC晶粒更细。另外,TiAlN与TiN的峰形相似,但衍射峰向高角度偏移。随着氮气流量和Al含量的增大,I(111)/I(200)也随之增大。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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1 梁文萍;缪强;张平则;姚正军;;先进表面工程技术的发展前沿[J];山西能源与节能;2010年04期

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本文编号：1310052