基片偏壓對磁控濺射制備TiB2涂層結(jié)構(gòu)及性能的影響

谷文翠， 李壽德， 王懷勇， 陳春立， 李 朋， 黃 峰

(1. 西安建筑科技大學(xué) 材料與礦資學(xué)院，西安710055;2. 中國科學(xué)院 寧波材料技術(shù)與工程研究所，浙江 寧波315200;3.西安墻體材料研究設(shè)計院，西安710000)

TiB2為六方(AlB2型)結(jié)構(gòu)，作為過渡金屬族硼化物，具有高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性、良好導(dǎo)電性、良好的抗氧化性和抗腐蝕性等特點［1，2］。可應(yīng)用于切削刀具、模具、航空航天零部件的表面防護上。目前，制備TiB2涂層的方法有很多，如反應(yīng)濺射［3］、化學(xué)氣 相 沉 積(CVD)［4，5］、離 子 束 濺 射［6］、磁 控 濺射［2，7～9］等，其中磁控濺射方法應(yīng)用最廣泛。

磁控濺射技術(shù)就是在磁場的控制下，沉積粒子(分子或原子)被高能離子從靶材表面轟擊出來，在基片表面沉積的一個快速冷卻過程，由于沉積時間短，原子擴散距離短，磁控濺射涂層為原位生長，因此磁控濺射制備的涂層通常會存在柱狀結(jié)構(gòu)。而柱狀結(jié)構(gòu)的存在會使涂層缺陷和裂紋增多，致密性下降，從而使涂層機械性能降低。提高涂層致密性的一般方法有:提高基片溫度、減小氣壓、加基片偏壓等。受設(shè)備條件的限制，溫度過高會使設(shè)備使用壽命降低或基片難以承受高溫;增大氣壓可使等離子體密度增加，但是磁控濺射氣壓通常在10－1帕到幾帕之間，而且對沉積速率影響較大。因此通過溫度和氣壓提高致密性的方法有限。目前通過在基片上施加適當偏壓的方法提高涂層致密性的方法應(yīng)用最為廣泛［10］。

本工作利用磁控濺射技術(shù)，通過改變基片偏壓制備了不同偏壓的TiB2涂層，并利用XRD，SEM、納米壓痕儀，Vickers 壓痕和摩擦磨損試驗機對涂層的結(jié)構(gòu)及機械性能進行了分析。……