研究了有無屏蔽板以及屏蔽板位置對TiN薄膜表面形貌、組織結構的影響。在多弧離子鍍電弧靶前安裝屏蔽板,用鏡面拋光的高速鋼片作基片。采用三維形貌輪廓儀、SEM、XRD表征了TiN薄膜的表面粗糙度、表面微觀形貌以及內部組織結構等。結果表明,改變屏蔽板的放置位置,對基片的表面粗糙度,沉積的"大顆粒"尺寸變化以及物相組成具有顯著影響:移動屏蔽板位置從距離基片為10～40 mm的過程中,基片表面粗糙度呈先變小后增大的趨勢。同時,TiN晶粒擇優(yōu)取向由無晶形態(tài)逐漸變?yōu)轱@著的TiN（111）型多晶態(tài),結晶程度逐漸增強;在有屏蔽板條件下,沉積到表面的"大顆粒"最大直徑在3μm以內,而無屏蔽板條件下,約為5μm;當屏蔽板距離基片為25mm時,所得TiN薄膜的表面粗糙度為最低,為0.0179μm,"大顆粒"最大直徑在1μm以內。屏蔽板位置對多弧離子鍍涂層的表面形貌以及內部結構有較大影響,通過位置優(yōu)選制備的TiN薄膜具有較優(yōu)的綜合性能。 

【文章來源】：熱加工工藝. 2020,49(24)北大核心

【文章頁數】：5 頁

【部分圖文】：

實驗裝置及基片位置示意圖

對上述實驗結果的分析為：s為基片-屏蔽板距離，當10mm<s<20mm時，基片表面的離子流多由離子的繞射行為得到，繞射后，待鍍離子再次受電場加速的總行程較短，離子遷移至基片中心的數量較少，總體遷移效果較差，使薄膜表面的粗糙度較大。當s>35mm時，由靶表面邊緣部分直接斜射至基片表面的高能粒子流將增多，基片表面沉積的“大顆�！睌盗棵黠@增多，形成的薄膜表面的均勻性較差。當20mm<s<35mm時，到達基片的粒子源于待鍍離子流繞射沉積和電弧靶表面粒子流直接斜射沉積獲得，且屏蔽板阻斷“大顆�！钡男Ч黠@，待鍍離子的總能量損失相對較少，且遷移行為相對充分，膜層均勻性良好。2.2 SEM測量結果與討論

圖3為各組實驗后基片的表面SEM形貌。圖3(a）、（b）所對應的情況為s為10、15 mm時的表面形貌，其中s代表屏蔽板與基片之間的距離。從圖3(a）、（b）可清晰觀察到基片表面的中心區(qū)域，存在較多的凹坑以及大面積缺陷，表面“大顆�！钡拿芏扰c尺寸從中間至四周逐漸增大，“大顆�！钡闹睆蕉嘣�1.5μm以內，極少數沉積在基片邊緣的“大顆粒”直徑達2.5～3.0μm，這些尺寸較大的“大顆�！卑殡S離子流繞射至基片表面的可能性較小。因此應為直接從電弧靶邊緣濺射后傾斜沉積至基片表面的邊緣位置，而尺寸較小的“大顆�！睘榘殡S著離子流繞射沉積至基片表面。多弧離子鍍中的孔洞缺陷多因為表面結合情況不佳造成[19]；而由于屏蔽板的阻擋作用，待鍍離子的能量較低更是嚴重制約離子遷移能力與膜層的均勻生長。即可認為當屏蔽板與基片的距離過近時，屏蔽板對待鍍離子的繞射行為產生一定的阻礙作用，致使待鍍離子在基片表面的遷移范圍縮小，易對膜層造成明顯的缺陷；當s為20mm，即通過圖3(c）可觀察到基片表面凹坑與缺陷的數量明顯減少，“大顆�！背叽绱笾略�1.5μm內；當s為25mm時，即通過觀察圖3(d）可知，基片表面平整幾乎沒有缺陷，且“大顆�！钡拿芏葹樗薪M實驗中最低，尺寸大致在1μm以內，當s為30mm時，所對應的基片表面情況圖3(d）、（e）大致接近，只是“大顆�！钡臄盗柯晕⒃黾�；當s為35mm時，即通過觀察圖3(f）可知，“大顆�！钡臄盗棵黠@回升，尺寸較前者有增大趨勢；當s為40mm時，即通過觀察圖3(g）可知，“大顆�！睌盗枯^前組實驗呈明顯增加趨勢，同時尺寸相對增大；當無屏蔽板時，即通過觀察圖3(h）可知，“大顆�！钡某叽鐬樗薪M中最大，但待鍍離子在表面的遷移行為增強，表面孔洞缺幾乎消除。2.3 XRD測量結果與分析

【參考文獻】：
期刊論文
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[2]提高離子鍍涂層質量的途徑[J]. 葛志宏,鄧靜.  熱加工工藝. 2013(16)
[3]偏壓對擋板電弧離子鍍TiAlN涂層性能的影響[J]. 馮長杰,胡弦,江鳶飛.  南昌航空大學學報(自然科學版). 2013(02)
[4]樣品位置對多弧離子鍍TiAlN薄膜表面質量的影響[J]. 王喜眉,邵天敏.  稀有金屬材料與工程. 2011(S2)

博士論文
[1]大面積等離子體源離子運動行為及均勻性控制研究[D]. 黃磊.哈爾濱工業(yè)大學 2013

碩士論文
[1]遮擋效應及Si、Cu改性的TiAlN涂層性能研究[D]. 胡弦.南昌航空大學 2013



本文編號：3057222