多元復(fù)合納米膜的研究.pdf

1、TiN涂層具有摩擦系數(shù)小、硬度高、耐磨性好、耐蝕、抗氧化等一系列優(yōu)點(diǎn)。如果TiN涂覆技術(shù)質(zhì)量控制得好，可使刀具和模具的使用壽命提高2～10倍，是一種實(shí)用價(jià)值很高的表面處理技術(shù)。但是，隨著制造技術(shù)的不斷提高，對工模具的表面膜的硬度、耐磨性、耐蝕、抗氧化性及其與基體結(jié)合強(qiáng)度等綜合機(jī)械性能的要求也不斷提高，TiN等單一的二元膜已難以滿足實(shí)際的要求，國內(nèi)外的研究都局限于在TiN的基礎(chǔ)上添加某一種元素來提高薄膜的某一方面性能，如：TiN—Al能提

2、高薄膜的高溫抗氧化性；TiN—Cr能提高薄膜的硬度和抗磨損性能；TiN—Cu能提高薄膜的硬度等。而對TiN多元復(fù)合涂層的研究鮮有報(bào)道；在納米復(fù)合膜的制備模式中，一般均采用磁控濺射的方法，以獲得納米復(fù)合薄膜；但磁控濺射的成膜速率較低，在工業(yè)生產(chǎn)中難以獲得大量的應(yīng)用。而采用工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的多弧離子鍍技術(shù)，制備納米復(fù)合膜的研究卻鮮有報(bào)道。 本文采用多弧離子鍍技術(shù)，以工業(yè)不銹鋼和工業(yè)純Ti為靶材，通過調(diào)整不銹鋼靶間歇開啟的間隔時(shí)間和

3、不銹鋼靶燃弧時(shí)間，制備了TiN多元納米復(fù)合多層膜。采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、X射線能譜儀(EDS)、顯微硬度儀、高速滑塊磨損試驗(yàn)機(jī)等方法對復(fù)合膜的斷口形貌、相組成、成分、擇優(yōu)取向、顯微硬度和磨損性能等方面進(jìn)行了深入的研究，并初步探討了其致硬、抗磨損機(jī)理。 研究結(jié)果顯示，采用多弧離子鍍技術(shù)可以制備出硬度高達(dá)30GPa且磨損性能優(yōu)于純TiN薄膜的TiN多元納米復(fù)合多層膜。TiN多元納米復(fù)合多層膜呈均勻的層狀分布

4、，層與層之間有明顯的界限，每單層膜的組織結(jié)構(gòu)為非常細(xì)小的柱狀晶，且單層膜的厚度隨鍍膜工藝參數(shù)的不同而不同。復(fù)合多層膜硬度最高為純TiN膜的1.5倍，表面磨損劃痕深度和寬度均不足純TiN膜的一半。研究表明，這是由摻雜元素含量、不銹鋼靶間歇開啟方案、膜層擇優(yōu)取向等多個(gè)因素共同決定的。 在其它工藝條件不變的情況下，不銹鋼靶開啟的間隔時(shí)間及其燃弧時(shí)間對復(fù)合多層膜硬度和磨損性能均有著顯著的影響。復(fù)合多層膜硬度隨著不銹鋼靶開啟的間隔時(shí)間、燃

5、弧時(shí)間的增大，均呈現(xiàn)先增大后減小的基本趨勢；而復(fù)合多層膜的磨損性能也有類似的規(guī)律。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)不銹鋼靶燃弧時(shí)間為10s～15s，其開啟的間隔時(shí)間為3～5min時(shí)，復(fù)合多層膜易獲得較高的綜合性能：間隔5min開啟不銹鋼靶15s時(shí)，復(fù)合多層膜的硬度達(dá)到30GPa；表面磨損劃痕也較淺、較窄。 摻雜元素的摻入影響了純TiN的柱狀生長，使其不再以單一的(111)面優(yōu)先生長，而是轉(zhuǎn)向無明顯擇優(yōu)取向生長、(200)晶面擇優(yōu)生長或以(11