Ti-Al-N沉積態(tài)薄膜的制備

王 蕾，陳 楠，劉佳磊，金松哲（.長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院機(jī)電工程分院；.長春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長春 300）

Ti-Al-N沉積態(tài)薄膜的制備

王 蕾1，陳 楠1，劉佳磊2，金松哲2
（1.長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院機(jī)電工程分院；2.長春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130012）

本文以06Cr18Ni9不銹鋼作為基體材料，采用多弧離子鍍進(jìn)行 Ti-Al-N沉積態(tài)薄膜的制備，并研究了多弧離子鍍對(duì) Ti-Al-N沉積態(tài)薄膜表面形貌的影響。研究表明：當(dāng)?shù)獨(dú)馔繛?0sccm時(shí)，Ti-Al-N薄膜膜層表面的大顆粒消失，凹坑變得淺而平整均勻，但當(dāng)?shù)獨(dú)馔砍^40sccm時(shí)，表面大顆粒反而變多而且分布不均勻，沉積的膜層表面相對(duì)較粗糙。

Ti2AlN薄膜；多弧離子鍍；表面形貌

Ti-Al-N系統(tǒng)中有兩種重要的三元化合物Ti2AlN和Ti4AlN3，均屬M(fèi)n+1AXn（n=0，1，2，3）相［1-2］，兼具金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn)，常溫下，有很好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，同時(shí)它又具有較高的彈性模量、耐高溫和抗氧化等陶瓷的性能。近幾年對(duì)Ti-Al-N系薄膜的研究日益增多，本研究的是多弧離子鍍對(duì)TiAlN沉積態(tài)薄膜表面形貌的影響。

1　試驗(yàn)方法

本研究采用304奧氏體不銹鋼（硬度≤90HRB，試樣尺寸為：20mm×15mm×2mm），采用Ti/Al 1∶1混合靶進(jìn)行鍍膜。為提高實(shí)驗(yàn)效果，在實(shí)驗(yàn)過程中通入氬氣，通入氬氣首先可保證試件順利的完成實(shí)驗(yàn)，其次可以作為本次實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)氣體形成Ti-Al-N薄膜。本試驗(yàn)采用的是沈陽真空鍍膜設(shè)備有限公司生產(chǎn)多弧離子鍍沉積設(shè)備。JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡進(jìn)行組織形貌觀察。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）氮?dú)鈱?duì)表面形貌的影響。觀察圖（1）薄膜表面形貌分析，形貌中主要成分為Al，而且N和Ti和含量隨著氮?dú)獾耐饬吭黾佣黾樱覍?duì)薄膜的摩擦性能測試發(fā)現(xiàn)氮?dú)鈱?duì)其影響量很大，對(duì)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，制備a、b、c三組沉積態(tài)薄膜并觀察。圖中a，b，c分別為負(fù)偏壓400V，靶電流75A，占空比90%，氮?dú)馔抗に囅轮苽涞某练e態(tài)薄膜500倍的表面形貌。

圖1　不同氮?dú)馔縏i-Al-N薄膜的表面形貌

（2）負(fù)偏壓對(duì)表面形貌的影響。當(dāng)?shù)獨(dú)馔糠€(wěn)定時(shí)，改變其他因素研究其對(duì)薄膜表面形貌的影響。圖a，b，c，d為氮?dú)馔?0sccm，負(fù)偏壓（200V，300V，400V，500V）工藝下薄膜的表面形貌。從圖2中可以看出，當(dāng)負(fù)偏壓為200V和300V時(shí)沉積的薄膜的表面形貌基本由大顆粒組成，而且晶粒的粒度較大，當(dāng)負(fù)偏壓增大到400V時(shí)，發(fā)現(xiàn)沉積薄膜的形貌基本由小顆粒組成，大顆粒逐漸消失，晶粒的粒度變小而且細(xì)化，表面變得較為平滑。而負(fù)偏壓增大到500V時(shí)，薄膜表面形貌組成由小顆粒變?yōu)榇箢w粒，而且粒度增大。

圖2　不同負(fù)偏壓Ti-Al-N薄膜的表面形貌

3　結(jié)論

采用多弧離子鍍進(jìn)行 Ti-Al-N沉積態(tài)薄膜的制備，得到以下結(jié)論：氮?dú)馔繛?0sccm的Ti-Al-N薄膜，發(fā)現(xiàn)薄膜的表面大顆粒逐漸消失，薄膜的表面光滑而平整。當(dāng)負(fù)偏壓為400V時(shí)沉積的Ti-Al-N薄膜表面形貌基本由小顆粒組成，平面平整而光滑。

［1］Barsoum M W，El-Raghy T，Ali M.Processing and characterization of Ti2AlC，Ti2AlN，and Ti2AlC0.5N0.5［J］.Metallurgical and Materials Transactions A，2000，31（07）:1857-1865.

［2］任書芳，孟軍虎，呂晉軍等.MN+1AXN相及其復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2009，23（01）:12-15.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.040

王蕾（1991-），女，碩士研究生，主要從事功能導(dǎo)電陶瓷。