【摘要】：采用多源PVD技術(shù)在YG8硬質(zhì)合金基體上分別沉積了Ti N和Ti NX薄膜,利用X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡以及多功能材料表面試驗(yàn)儀,研究了多種元素的添加對(duì)Ti N涂層微觀結(jié)構(gòu)、斷口和表面形貌的影響。結(jié)果表明:添加多種元素可使Ti N涂層的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,能有效控制膜的結(jié)晶和生長(zhǎng)模式,改變傳統(tǒng)的(111)面的單一取向,從原來(lái)的(111)的擇優(yōu)取向,轉(zhuǎn)變?yōu)?200)、(111)、(220)共同取向;Ti NX涂層的斷口呈非柱狀結(jié)構(gòu),表面粗糙度小于Ti N,具有更為均勻致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和光整的表面形貌,趨于Ti Al N薄膜的顯微硬度,一致的結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)、有效的沉積效率、良好的膜基結(jié)合力有利于厚膜Ti N的制備;相對(duì)于Ti N,壽命可提高50%-100%。
【圖文】：

，但韌性差，因此具有(111)晶面擇優(yōu)取向的薄膜表現(xiàn)出較差的膜基結(jié)合力。當(dāng)(200)晶面取向增強(qiáng)時(shí)，薄膜的機(jī)械性能向好。采用蒸發(fā)和濺射方法制備TiN膜，通常會(huì)得到(111)晶面衍射強(qiáng)度極高的織構(gòu)現(xiàn)象，I(111)/I(200)可高達(dá)40倍;陰極電弧法(111)晶面的織構(gòu)現(xiàn)象有所減弱。隨著N2流量增加，膜層中出現(xiàn)衍射晶面擇優(yōu)取向的明顯變化，由(111)面向(200)面取向轉(zhuǎn)變。Pelleg等［8］的研究指出，面心立方結(jié)構(gòu)薄膜的擇優(yōu)取向是由于表面能與應(yīng)變能競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，其中(200)面具有最小表面能，(111)面具有最小應(yīng)變能。圖1MS、HCD方法TiN衍射圖譜圖2CAE方法TiN衍射圖譜TiN膜柱狀組織粗大，略呈扇形生長(zhǎng)，存在分層現(xiàn)象。實(shí)際表現(xiàn)為薄膜內(nèi)應(yīng)力大，易脫落，膜厚很難超過(guò)3μm。產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象的原因:發(fā)生擇優(yōu)取向的晶面和程度與多種因素有關(guān)，包括基體偏壓、真空壓強(qiáng)、沉積溫度、氮?dú)�、氬氣分壓等。從能量的角度出發(fā)，面心立方(111)晶面的應(yīng)變能最小，而(200)晶面的表面能最低，發(fā)生擇優(yōu)取向是薄膜組織中應(yīng)變能和表面能作用所致。若所形成的粒子具有較高的能量，薄膜將形成(200)晶面的擇優(yōu)取向;若薄膜中存在較大內(nèi)應(yīng)力，為降低系統(tǒng)的能量，將形成(111)晶面的擇優(yōu)取向。(111)晶面的衍射峰越強(qiáng)，薄膜內(nèi)部存在的應(yīng)力越大。擇優(yōu)取向的量化表征，可以根據(jù)如下公式計(jì)算晶面的織構(gòu)系數(shù)TC=Ihkl/Iohkl1n∑n(Ihkl/Iohkl)式中，Ihkl表示測(cè)得的(hkl)晶面的衍射峰強(qiáng)度;Iohkl表示理想晶體(標(biāo)準(zhǔn)卡片)對(duì)應(yīng)的(hkl)晶面衍射峰的強(qiáng)度;n為晶面的數(shù)量。由于蒸發(fā)和濺射方法(220)的衍射峰極弱，在此只考慮(111)和(200)晶面的織構(gòu)系數(shù)，TiN薄膜(111)晶面的TC值接近2.0，說(shuō)明織構(gòu)現(xiàn)象顯著。3試驗(yàn)方法以TiN為基，，從多元

面擇優(yōu)取向的薄膜表現(xiàn)出較差的膜基結(jié)合力。當(dāng)(200)晶面取向增強(qiáng)時(shí)，薄膜的機(jī)械性能向好。采用蒸發(fā)和濺射方法制備TiN膜，通常會(huì)得到(111)晶面衍射強(qiáng)度極高的織構(gòu)現(xiàn)象，I(111)/I(200)可高達(dá)40倍;陰極電弧法(111)晶面的織構(gòu)現(xiàn)象有所減弱。隨著N2流量增加，膜層中出現(xiàn)衍射晶面擇優(yōu)取向的明顯變化，由(111)面向(200)面取向轉(zhuǎn)變。Pelleg等［8］的研究指出，面心立方結(jié)構(gòu)薄膜的擇優(yōu)取向是由于表面能與應(yīng)變能競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，其中(200)面具有最小表面能，(111)面具有最小應(yīng)變能。圖1MS、HCD方法TiN衍射圖譜圖2CAE方法TiN衍射圖譜TiN膜柱狀組織粗大，略呈扇形生長(zhǎng)，存在分層現(xiàn)象。實(shí)際表現(xiàn)為薄膜內(nèi)應(yīng)力大，易脫落，膜厚很難超過(guò)3μm。產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象的原因:發(fā)生擇優(yōu)取向的晶面和程度與多種因素有關(guān)，包括基體偏壓、真空壓強(qiáng)、沉積溫度、氮?dú)�、氬氣分壓等。從能量的角度出發(fā)，面心立方(111)晶面的應(yīng)變能最小，而(200)晶面的表面能最低，發(fā)生擇優(yōu)取向是薄膜組織中應(yīng)變能和表面能作用所致。若所形成的粒子具有較高的能量，薄膜將形成(200)晶面的擇優(yōu)取向;若薄膜中存在較大內(nèi)應(yīng)力，為降低系統(tǒng)的能量，將形成(111)晶面的擇優(yōu)取向。(111)晶面的衍射峰越強(qiáng)，薄膜內(nèi)部存在的應(yīng)力越大。擇優(yōu)取向的量化表征，可以根據(jù)如下公式計(jì)算晶面的織構(gòu)系數(shù)TC=Ihkl/Iohkl1n∑n(Ihkl/Iohkl)式中，Ihkl表示測(cè)得的(hkl)晶面的衍射峰強(qiáng)度;Iohkl表示理想晶體(標(biāo)準(zhǔn)卡片)對(duì)應(yīng)的(hkl)晶面衍射峰的強(qiáng)度;n為晶面的數(shù)量。由于蒸發(fā)和濺射方法(220)的衍射峰極弱，在此只考慮(111)和(200)晶面的織構(gòu)系數(shù)，TiN薄膜(111)晶面的TC值接近2.0，說(shuō)明織構(gòu)現(xiàn)象顯著。3試驗(yàn)方法以TiN為基，從多元合金化和能量的角度建立技?

【參考文獻(xiàn)】

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【相似文獻(xiàn)】

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