磁控濺射TiC-a-C薄膜的制備及其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的研究.pdf

1、硬質(zhì)耐磨薄膜能大幅度延長切削工具的使用壽命，具有很高的研究價值。TiC/a-C納米復(fù)合薄膜由于具有硬度高、韌性好、耐磨耐蝕等特點，引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。本課題采用拼靶磁控濺射法制備TiC/a-C薄膜，采用XPS、SEM、XRD、TEM等手段分析了工藝參數(shù)對TiC/a-C薄膜組織結(jié)構(gòu)的影響，采用硬度儀、劃痕儀和摩擦磨損儀研究了薄膜的力學(xué)性能，在研究TiC/a-C薄膜組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，探討了TiC/a-C薄膜的硬化機制和

2、摩擦磨損機制，為制備高硬耐磨的fiC/a_C薄膜提供理論基礎(chǔ)。 TiC/a-C薄膜組織結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果表明：碳含量、偏壓、襯底溫度、濺射功率的增加均可以抑制柱狀結(jié)構(gòu)，使薄膜由疏松變得致密。碳含量、偏壓、濺射功率的增加使TiC晶粒尺寸減小，而襯底溫度的增加導(dǎo)致TiC晶粒尺寸增大。此外，偏壓和濺射功率的增加使薄膜的結(jié)晶度變差。 TiC/a-C薄膜力學(xué)性能的研究結(jié)果表明：碳含量為60 at.％時，TiC/a-C薄膜具有較好的

3、力學(xué)性能，碳含量過大時，薄膜中的非晶碳增多，力學(xué)性能下降；施加-50 V或-70 V的偏壓制備的TiC/a-C薄膜力學(xué)性能遠遠優(yōu)于未加偏壓制備的薄膜。適當(dāng)?shù)囊r底溫度可以迸一步提高薄膜的性能，當(dāng)襯底溫度為200℃時，薄膜的力學(xué)性能最佳，硬度為HV2350，膜基結(jié)合力為31 N，摩擦系數(shù)為0.11，磨損率為0.67×10-6 mm3/Nm。 TiC/a-C薄膜的硬度與其組織結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其影響因素包括：成分、柱狀結(jié)構(gòu)、晶粒大小和晶

4、粒分離尺寸。60 at.％左右的碳含量、致密的薄膜結(jié)構(gòu)、小晶粒和窄的晶粒分離尺寸有利于薄膜硬度的增加。TiC/a-C薄膜的摩擦磨損機制主要為磨粒磨損和粘著磨損。摩擦磨損過程中，脫落的部分磨屑會粘附在Si3N4磨球上形成轉(zhuǎn)移層，當(dāng)薄膜被磨穿后，摩擦系數(shù)并不立即升高，直至磨球上粘附的磨屑被耗光、磨球與襯底接觸時，摩擦系數(shù)開始升高。影響耐磨性的宏觀因素為硬度和斷裂韌性，硬度和斷裂韌性的增加有利于耐磨性的改善；微觀因素包括成分、柱狀結(jié)構(gòu)和納米復(fù)