双靶直流反应磁控共溅射沉积TiAlN薄膜及其性能研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要双靶直流反应磁控共溅射沉积TiAIN薄膜及其·I生能研究摘要作为TiN硬质薄膜最有前景的替代材料，TiAIN薄膜比TiN具有更优良的特性，如高的硬度、良好的耐蚀性和耐磨性等。因此，TiAIN薄膜在切削刀具、模具领域具有更广泛的应用。本文采用双靶直流反应磁控溅射法在金属基片上制备了TiN、TiAlN薄膜，并对它们的性能进行了测试分析。研究了N2分压、靶功率和基体温度等工艺条件对TiN、TiAIN薄膜成分及性能的影响，制备出了高硬度，高耐磨性的薄膜。利用XRD分析了薄膜的结构及成分，结果表明：所制备的TiN薄膜为fccNaCl型结构，具有(111)取向

2、。TiAlN薄膜的成分比较复杂，在Al靶功率为150W时，薄膜中只有TiN相。随Al靶功率的增加，薄膜的主要组成相为A1N和AITi3N。用扫描电镜(SEM)观察了TiAlN薄膜的表面形貌，结果表明，Al元素的加入细化了薄膜晶粒。当N2分压为6．0x10～Pa，基体温度为300*(2，AI靶功率为350W时，薄膜为细条状结构，晶粒致密均匀，尺寸约为050x200nm3。A1靶功率为450W时，薄膜为针状结构，尺寸约为200nm。用显微硬度仪测了薄膜的显微硬度，其中TiN薄膜的显微硬度达到1920HV，TiAlN薄膜的显微硬度达到2900HV。可以看出，TiAIN薄膜的硬度

3、明显高于TiN。对薄膜进行中性盐雾试验，结果表明：TiAlN薄膜比TiN薄膜具有更好的耐蚀性。并且在基体温度为400。C，N2分压为6．0x10～Pa，AI靶功率为350W时，TiAIN薄膜的耐蚀性最好。在基体温度为400。C，N2分压为6．0x10之Pa条件下制备了TiAlN薄膜，研究Al靶功率对薄膜耐磨性的影响。结果表明：在Al靶功率为350W时，薄膜的耐磨性最好。关键词：TiN薄膜；TiAIN薄膜；磁控溅射；显微硬度；耐蚀性；耐磨性一II—东北大学硕士学位论文AbstratePreparationandpropertiesofTiAlNfilmsbydual—tar

4、getD．C．reactivemagnetronCO-sputteringAbstractAsthemostpromisingalternativematerialsofTiNthinfilms．TiAlNthinfilmshaveavarietyofattractiveproperties，suchas：highhardness，corrosionresistance，weal"resistanceetc．Therefore，TiAlNthinfilmsaremorepopularinthefieldofcuttingtoolsandmouldsthan乃ⅣInthis

5、paper,TiN,TiAINthinfilmswerepreparedinthemetalsubstratesbyadual-targetDCreactivemagnetronCO—sputteringsystem．，andtheirperformancehasbeentested．Bychangingthenitrogenpartialpressure，thetargetpowerandthesubstratetemperatureconditions，westudiedtherelationsofthepreparationprocessofthinfilmsand

6、theircompositionandproperties．Inthispaper,wesuccessfullypreparedthinfilmswithhighhardnessandhighwearresistance．XRDwasusedtostudythestructureandcompositionofthinfilms，andtheresultsshowthatTiNthinfilmthatwepreparedisfccNaClstructureandallpossessTiN(111)tropism．TheTiAINthinfilmshavemorecompl

7、excomposition，whenA1targetpoweris350W，TiNphaseisonlydetectedinthethinfilm．WiththeincreaseofA1targetpower，themainphasesofTiAlNthinfilmswepreparedareAlNandA1Ti3N．ThesurfacemorphologiesofTiAINthinfilmswereanalyzedbySEM．TheresultsshowthatthegrainsizeofTiAlNthinfilmsbeco