磁控濺射Ti-Al-N和W-Ti-N薄膜的制備及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、Ti-Al-N和W-Ti-N金屬間化合物均是典型的硬質(zhì)薄膜，且具有很好的抗氧化性、良好的耐磨性，因而受到廣泛的關(guān)注。磁控濺射制備Ti-Al-N和W-Ti-N薄膜薄膜過程中，通過改變基體位置可以方便地控制薄膜的化學(xué)成分，使得研究過程大為簡化，且有效降低成本。本實(shí)驗(yàn)中使用純Ti和純Al雙靶以及純Ti和純W雙靶磁控共濺射，同一濺射過程薄膜厚度相同而不考慮情況下，通過改變基片相對于靶材的位置，在不銹鋼基體上沉積不同化學(xué)成分的Ti-Al-N以及W

2、-Ti-N薄膜，通過對薄膜粗糙度、硬度，摩擦行為的測定和結(jié)構(gòu)分析，研究其減摩耐磨機(jī)理，研究工作結(jié)果如下：
　　 1.對于Ti-Al-N系金屬間化合物薄膜：
　　 (1)成分分析結(jié)果表明：Ar/N2=3：1時(shí)，各位置薄膜成分變化范圍為Ti0.82Al0.18N～Ti0.12Al0.88N，且隨位置呈線性變化趨勢。XRD結(jié)果顯示在位于Ti靶材較近的樣品中，薄膜以六方結(jié)構(gòu)為主，而在中間和靠燦靶材較近的樣品中，薄膜則以立方結(jié)構(gòu)為

3、主，薄膜中六方結(jié)構(gòu)物相以化合物AlTi2N相為主，立方結(jié)構(gòu)則以TiN為主。
　　 (2)中間位置兩種硬質(zhì)相TiN與TiAlN共存，該位置制備的薄膜擁有了體系中最高的硬度值達(dá)到35.5GPa；表面形貌以及粗糙度分析表明，靠近靶材兩端位置制備的薄膜表面粗糙度高，晶粒為錐狀，中間位置制備的薄膜表面相對光滑平整且晶粒相對細(xì)小均勻以柱狀和粒狀為主。
　　 (3)摩擦磨損結(jié)果表明中間位置制備的燦含量為x=0.65的薄膜擁有整個(gè)體系中

4、最佳的摩擦磨損性能。摩擦磨損機(jī)制分析認(rèn)為由于高硬度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移膜的存在使得它擁有與眾不同的機(jī)理，而其他位置制備的薄膜由于硬度，表面粗糙度等影響產(chǎn)生磨粒磨損的機(jī)理。
　　 2.對于W-Ti-N系金屬間化合物薄膜：
　　 (1)成分分析結(jié)果表明：Ar/N2=3∶1時(shí)，各位置制備薄膜成分變化范圍為W0.80Ti0.20N～W0.18Ti0.82N，且隨位置呈線性變化趨勢。XRD結(jié)果顯示各位置制備的W-Ti-N薄膜的成分隨著基體濺

5、射位置改變而變化，薄膜中出現(xiàn)了TiN，TiN0.6O0.4，W2N，W等多種物相組織。熱處理后薄膜的顆粒均勻細(xì)化，并呈現(xiàn)有序化，薄膜表面光滑。
　　 (2)位于P4位置制備的W-Ti-N薄膜在整個(gè)體系中擁有最高的硬度(29.8GPa)和最高的彈性模量(277.5 GPa)，且其膜基結(jié)合力達(dá)到最大49N，可以說明P4位置的W-Ti-N薄膜擁有較好的力學(xué)性能；表面形貌分析表明中間位置制備的薄膜表面相對光滑平整且晶粒相對細(xì)小均勻以粒狀