论文部分内容阅读
本文采用JGP-450型反应磁控溅射仪,在室温下分别沉积了不同Si含量的TiSiN复合膜、不同Al含量的Ti-Al-N复合膜和不同Ag含量的TiSi N-Ag复合膜。对薄膜的成分、微结构、截面形貌、抗氧化性、显微硬度、膜基结合力及摩擦磨损性能进行表征并分析。研究结果如下:对不同Si含量的TiSiN复合膜的研究表明:TiN薄膜由面心立方TiN相组成,以c-TiN(111)晶面为择优取向。向TiN中添加Si元素,少量Si原子溶入TiN形成置换固溶体(Ti,Si)N,超过固溶度后在薄膜中形成非晶Si3N4相。非晶Si3N4相的存在能有效提高薄膜的抗氧化性。随着Si含量的增加,TiSiN复合膜的显微硬度和弹性模量先升高后降低。适量Si元素可提高薄膜的膜基结合力。Si加入TiN中,薄膜的磨损率大幅降低。随着Si含量的增加,薄膜的室温摩擦系数降低,800℃时的摩擦系数升高;在200~600℃时,Si元素对TiN薄膜的摩擦系数无明显影响。对不同Al含量的Ti-Al-N复合膜的研究表明:当Al含量小于25.72at.%时,Ti-Al-N复合膜以面心立方的TiN相为主,以c-TiN(111)晶面为择优取向,Al原子溶入c-TiN形成c-(Ti,Al)N置换固溶体。当Al含量为25.72at.%时,Ti-Al-N复合膜中出现少量六方AlN相。随着Al含量的增加,薄膜硬度和弹性模量升高,膜基结合力增强;室温和800℃时的摩擦系数升高,磨损率大幅降低。在200~600℃时,Al元素对TiN薄膜的摩擦系数无明显影响。当Al含量大于28.47at.%时,c-TiN相消失,六方AlN成为主要相,存在少量面心立方AlN相,Ti原子溶入h-AlN形成h-(Al,Ti)N置换固溶体。随着Al含量的增加,薄膜硬度升高,膜基结合力下降;室温摩擦系数和磨损率下降;800℃时的摩擦系数下降,磨损率升高。Al元素在高温时形成的Al2O3氧化层能提高Ti-Al-N复合膜的抗氧化性能。对不同Ag含量的TiSiN-Ag复合膜的研究表明:向TiSiN复合膜中添加Ag元素,Ag以独立相存在,当Ag含量为8.21at.%时,出现面心立方Ag(111)衍射峰,单质Ag相的存在阻碍TiN晶粒的生长。随着Ag含量的增加,TiSiN-Ag复合膜的硬度和弹性模量逐渐降低。当Ag含量为20.34at.%时,薄膜的膜基结合力达最大值14N。随着Ag含量的增加,薄膜中具有润滑作用的单质Ag相增多,导致TiSiN-Ag复合膜的摩擦系数和磨损率不断减小。