脈沖偏壓占空比對TiSiN薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響

魏永強(qiáng)， 顧艷陽， 趙重輕， 蔣志強(qiáng)

(鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 航空宇航學(xué)院， 河南 鄭州 450046)

TiN薄膜因其良好的耐腐蝕性和高耐磨性而得到了廣泛應(yīng)用，通過Si抑制薄膜中柱狀晶的生長，添加的Si形成晶體、非晶兩相以及與非晶包裹納米晶的多相混合結(jié)構(gòu)，使薄膜的晶粒組織得到細(xì)化，提高了薄膜的硬度和抗摩擦磨損性能，同時薄膜的熱穩(wěn)定性和高溫抗氧化性也得到了進(jìn)一步提升，其硬度達(dá)到35 GPa以上，抗氧化溫度可到900～1000 ℃[1-3]。電弧離子鍍技術(shù)以鍍膜速度快、繞射性能好、附著力和離化率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，再通過施加脈沖偏壓來調(diào)節(jié)沉積離子的能量，減少大顆粒缺陷，優(yōu)化薄膜的內(nèi)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)薄膜微觀結(jié)構(gòu)細(xì)化和致密度的提升。Olbrich等[4]最早提出在電弧離子鍍中引入脈沖偏壓，通過改變脈沖偏壓幅值、頻率和占空比等制備TiN和Zr(C, N)薄膜。黃美東等[5-6]系統(tǒng)研究了脈沖偏壓對于沉積溫度和大顆粒缺陷清除的影響規(guī)律，通過分析大顆粒在不同偏壓下等離子體鞘層中的受力及運(yùn)動情況，提出了大顆粒的凈化理論。針對脈沖偏壓占空比對薄膜的影響，付志強(qiáng)等[7]通過調(diào)整占空比，發(fā)現(xiàn)在-200 V，占空比為70%時TiAlN薄膜表面缺陷密度和表面粗糙度最低，但是當(dāng)占空比超過50%后，繼續(xù)增加占空比反而降低了TiAlN薄膜的硬度和耐磨性。Pohler等[8]采用雙極性脈沖偏壓，通過70%以上的占空比變化調(diào)節(jié)(Al, Cr)2O3薄膜生長過程中的能量粒子轟擊效應(yīng)，尤其是對于絕緣薄膜生長過程中對離子和電子吸引對于薄膜性能的影響非常關(guān)鍵，Yi等[9]發(fā)現(xiàn)-200 V、80%占空比下，TiMoCN薄膜的硬度和摩擦因數(shù)最低，20%占空比下與之相反。……