【摘 要】
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电弧离子镀具有离化率高,沉积速度快,基体温度低等优点,成为沉积TiN、TiAlN等硬质薄膜的最有效方法之一。然而,电弧离子镀薄膜中含有大颗粒污染,沉积的涂层表面粗糙度较大,在
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电弧离子镀具有离化率高,沉积速度快,基体温度低等优点,成为沉积TiN、TiAlN等硬质薄膜的最有效方法之一。然而,电弧离子镀薄膜中含有大颗粒污染,沉积的涂层表面粗糙度较大,在表面粗糙度要求高的领域难以应用。采用磁过滤电弧离子镀,通过洛仑兹力来分离带电离子和不带电大颗粒,将大颗粒有效阻挡在沉积室之外,是获得高质量TiN、TiAlN薄膜的有效方法。然而磁过滤系统对不同质量离子也具有不同的运动轨迹,用合金靶反应沉积时在沉积室不同位置制备的薄膜成分不同。本文将不同基体放在沉积室不同位置,对用弯曲弧磁过滤电弧离子镀TiN及TiAlN的涂层的工艺和薄膜性能进行了的研究。研究结果表明：
在磁过滤管口沉积的TiN薄膜,显微硬度能达到HV2757,膜基结合力最高,达28N以上：磁过滤电流越大,薄膜的膜基结合力呈现先上升后下降的趋势,3.5A时,得最低显微硬度HV2000,4A时其显微硬度达到最高的HV2757,且临界载荷大于28N;磁过滤管口沉积的TiN薄膜为(200)择优取向,位置越远转为(111)择优取向,且位置越远(111)择优取向越明显。
TiAlN薄膜的沉积工艺中,基底位置偏离磁过滤管中心线越远,Ti原子含量越少,Al原子含量越高；随着N2流量的增加,TiAlN薄膜的显微硬度,划痕临界载荷和弹性模量下降,N2流量为0.06SLM的时TiAlN薄膜的显微硬度、划痕临界载荷和弹性模量最大,分别为2991HV、22N和362.44GPa;不同N2流量所沉积复合膜的择优取向均为(200),随着N2流量的增大,其衍射峰的强度在逐渐降低。
在WC-Co、HSS、H13上制备的TiN/TiAIN薄膜,显微硬度分别为HV5618、HV2658、HV2509;WC-Co基底上TiN/TiAlN薄膜的弹性模量也最高,达到896.67GPa：而在H13、HSS上分别为402.34GPa、374.42GPa;相同的工艺条件下,基底硬度越高,所制备的TIN/TiAIN复合膜的膜基划痕临界载荷越大。在WC基底上沉积的TiN/TiAIN复合膜的划痕临界载荷值最高,超过30N：在HSS和H13上镀制的TiN/TiAlN复合膜的膜基划痕临界载荷值分别为11.7N和6.5N。这表明基体硬度越高,越有利于提高TiAIN/TiN与基体间的结合力。
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