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多弧离子镀技术是一种在真空中将冷阴极自持弧光放电用于蒸发源的镀膜技术,具有离化率高、镀覆速度快,镀膜质量较高的特点,是目前技术最先进、应用面最广的镀膜技术之一。本文在制备TiN膜的基础上,采用正交试验方法优化和改进了沉积薄膜的工艺参数,制备出了平均晶粒尺寸小于20nm、最高硬度分别达到42GPa和47GPa的TiN/Cu及TiN/Ni纳米超硬复合膜。通过用显微硬度计、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪等手段对薄膜的相结构、微观形貌、硬度和力学性能进行了测试,并对纳米复合超硬膜的致硬机理做了初步探讨,结果表明:1) TiN膜的厚度随沉积时间的延长呈线性增长,沉积时间每延长30min,复合膜的厚度增大约700nm,即沉积速度约为23nm/min。而TiN膜的膜厚度随试样与靶的距离的增大逐渐减小。2)两种复合膜的硬度起先随着N2压力的升高而增大,当N2压力达到3×10-1Pa时达到极大植,然后当N2压力继续升高时薄膜的硬度急剧下降。随N2压力的升高,复合膜的颜色逐渐变深,膜表面也变得更为光滑。3)分别采用各自最佳工艺参数下制备的两种复合膜中,TiN的相结构发生了(200)晶面的择优取向,但是择优取向不明显。相应的TiN相的衍射峰都显著宽化。所制备出的两种复合膜平均晶粒尺寸都小于20nm,TiN/Cu复合膜的最高硬度为42GPa,TiN/Ni复合膜硬度为47GPa。4)两种复合膜都是以混合生长方式生长,Cu(Ni)的加入阻碍了TiN晶粒以(111)晶面为择优取向的生长,而逐步改变为选择以(200)或其他晶面生长。这种竞相生长造成了TiN晶粒的细化,形成纳米晶。5)超硬膜具有比硬膜更优良的力学性能。除了晶粒为纳米晶外,适当的Cu(Ni)的含量也是造成复合膜具有超高硬度的另一个因素。6)纳米复合膜中纳米裂纹的应力集中系数非常小,裂纹的萌生和扩展需要非常高的外力以及裂纹扩展时不得不弯曲和分岔是纳米复合膜具有超高强度和硬度的内在机理。