离子镀Ti(1-x)AlxN涂层的形貌及力学性能研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)成都大学工业制造学院 作者:宋慧瑾

  采用多弧离子镀和磁过滤阴极电弧离子镀技术制备了Ti1-xAlxN涂层。研究了工艺参数对用Ti∶Al=1∶1的TiAl合金靶制备的Ti1-xAlxN涂层表观颜色的影响,以及以获得深色Ti1-xAlxN涂层为目的时工艺参数对涂层性能的影响。结果表明:不同工艺参数对Ti1-xAlxN涂层表观颜色的影响大小依次为基体偏压,真空度,沉积温度,霍尔离子源功率;离子镀Ti1-xAlxN涂层的膜基结合力较好,在脉冲偏压-150V、直流偏压-15 V附近有硬度最高,在较高真空度、较高沉积温度、较高基体负偏压下制备的Ti1-xAlxN涂层的磨擦学性能较好。

  关键词: 离子镀;Ti1-xAlxN;涂层;力学性能

  基金项目: 国家自然科学基金项目资助项目(60976052);; 四川省教育厅青年科研资助项目(10ZB144)

  采用多层多元复合膜技术, 将硬质膜系由单层膜变为多层复合膜的结构, 使复合膜层的某些性能指标可以比其中的每种组元材料的性能都好, 可使硬质薄膜的综合性能得到提高, 目前, 多元复合膜层已经成为硬质薄膜研究的重要方向[ 1- 5] 。TiAlN 薄膜具有良好高温抗氧化性, 其硬度和耐磨性接近TiC, 又具有与TiN 膜层相当的结合强度, 是一种新型硬质薄膜材料, 适用于切削热较大的高硬度材料切削加工[ 6] 。

  制备(Ti, Al) N 涂层的技术主要是离子镀和磁控溅射两种[ 7- 10] 。( Ti, Al)N 涂层是目前高温、高速连续切削刀具表面涂层的最佳选择。另外,(Ti, Al) N涂层也被选用作光学选择性吸收涂层[ 11] 。已有研究表明,Ti1- xAlxN 涂层中Al 含量的临界点在x= 06~ 07, 对应的涂层表观颜色通常为紫黑色,超过此临界点后,Ti1- xAlxN 涂层的性能会变差。

  本文用小多弧离子镀和磁过滤阴极电弧离子镀来制备Ti1- x AlxN 涂层。通过具体的试验系统了解工艺参数对TiAl= 11 的合金靶制备的Ti1- x AlxN涂层表观颜色的影响, 以及以获得深色Ti1- xAlxN 涂层为目的时工艺参数对涂层性能的影响。目前这方面的研究少有报道。

结论

  (1) 通过具体试验研究了不同工艺参数下多弧离子镀Ti1- x AlxN 涂层表观颜色的变化情况。不同工艺参数对Ti1- xAlxN 涂层表观颜色的影响程度不一, 按照从大到小的顺序排列为基体偏压, 真空度,沉积温度, 霍尔离子源功率。

  (2) 不同工艺参数对Ti1- xAlxN 涂层性能的影响程度不一致。涂层的显微硬度在脉冲偏压- 150 V、直流偏压- 15 V, 空度1􀀁0 Pa 附近硬度最佳。离子镀Ti1- x AlxN 涂层的膜基结合力较好; 在较高真空度、较高沉积温度、较高基体负偏压下制备的Ti1-xAlxN 涂层的磨擦学性能较好。

  (3) 适当的等离子体辉光表面在线后处理工艺对Ti1- xAlxN 涂层的摩擦学特性起到了较好的改善作用。

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