(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝分析

1、(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝分析 本文主要研究(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝波動范圍及影響?？疾炝岁帢O靶電流、N2氣流量等工藝參數(shù)對膜層組織和性能的影響。研究說明，沉積工藝參數(shù)的波動變化不會對膜層組織、力學(xué)性能產(chǎn)生明顯影響。(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝參數(shù)可以有較大的波動范圍，沉積工藝窗口具有良好的可應(yīng)用性。 (TiZr)N硬質(zhì)膜是一種在硬度、紅硬性等性能方面明顯優(yōu)于TiN的硬質(zhì)反應(yīng)膜，近年來引起國內(nèi)外廣泛的研究興趣。這些研究主要集中于TiZr 成分配比、制備方法、組織構(gòu)造等方面。而關(guān)于沉積工藝適應(yīng)性方面的研究還較少，(TiZr)N硬質(zhì)膜還沒有廣泛的實(shí)際應(yīng)用。作為一種硬質(zhì)膜層，其沉積工藝的

2、適應(yīng)性或稱為沉積工藝窗口，對于在涂層刀具、涂層模具上的應(yīng)用而言，具有不可忽略的實(shí)際意義。因此，本文針對兩種具有較大差異成分配比的(TiZr)N 硬質(zhì)膜開展工藝適應(yīng)性研究，以期確定(TiZr)N硬質(zhì)膜沉積工藝的適應(yīng)性。 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法 采用多弧離子鍍技術(shù)制備(TiZr)N硬質(zhì)膜。選用兩個(gè)不同方位且成90 度配置的弧源同時(shí)起弧沉積，其中一個(gè)弧源為純度99.9%的商用純鈦靶或者純鋯靶；另一個(gè)弧源為純度99.9%的商用鈦鋯合金靶，鈦鋯合金靶的原子比為Ti:Zr=50:50。選用打磨后的高速鋼塊作為基片。在正式沉積(TiZr)N硬質(zhì)膜之前，開展離子轟擊清洗，即，當(dāng)鍍膜室背底真空度到達(dá)8.010-3

3、Pa、溫度到達(dá)200時(shí)充入氬氣，使鍍膜室真空度到達(dá)2.510-1 Pa，開啟兩弧源，保持弧電流在5556A，開展離子轟擊1012min，轟擊偏壓從350V 逐漸增加到400V；轟擊清洗之后開展金屬過渡層的沉積，即，將鍍膜室內(nèi)的氬氣壓強(qiáng)保持在2.010-1 Pa，鈦靶、鋯靶、和鈦鋯合金靶的弧電流均置于55 A60 A，工件偏壓為190 V200 V，沉積時(shí)間5min。然后，開展(TiZr)N 硬質(zhì)膜的沉積，沉積偏壓選定為1602V。(TiZr)N 硬質(zhì)膜具體沉積工藝如下表1 所示。 表1 沉積工藝參數(shù) (TiZr)N 硬質(zhì)膜層表面形貌、斷口形貌以及膜層成分采用HITACHIS-3400N 掃描電鏡(能譜)開展分析；膜層相構(gòu)造采用X 射線衍射儀并結(jié)合Jade 6.5 電子PDF 卡片開展確定。表面硬度測試采用HXD-1000TMB/LCD 型液晶屏顯示自動轉(zhuǎn)塔顯微硬度計(jì)，載荷為10gf，載荷保持時(shí)間為20s。附著力和摩擦系數(shù)采用多功能材料表面性能試驗(yàn)儀(MFT-4000)開展測試。 結(jié)論 在采用Zr 靶與Ti 靶組合或者Zr 靶與Ti-Zr靶組合沉積(TiZr)N 硬質(zhì)膜的過程中，陰極弧電流、N2 流量等工藝參數(shù)的有限波動不會對(TiZr)N 硬質(zhì)膜層表面成分、膜層組織、力學(xué)性