209 / 2020-09-20 21:32:50

采用多弧离子镀制备不同(Ti,Al,Si)N薄膜的相结构和力学性能研究

(Ti,Al,Si)N薄膜；多弧离子镀；多层薄膜；膜基结合力

（Ti,Al,Si）N薄膜的硬度和高温氧化性随Si含量的增加而提高，但薄膜的膜基结合力较弱。本研究通过设计多层和梯度结构的薄膜来解决这一问题。通过多弧离子镀技术，并基于采用不同组合形式的阴极在WC-Co硬质合金上沉积了不同结构的薄膜。采用Ti_0.5Al_0.4Si_0.1合金阴极靶沉积了单层的（Ti,Al,Si）N薄膜。采用Ti_0.6Al_0.4和Ti_0.5Al_0.4Si_0.1阴极同时沉积了具有（Ti,Al）N过渡层的多层(Ti,Al)N/(TiAlSi)N多层膜和Si含量呈梯度变化的(Ti,Al,Si)N薄膜。用扫描电子显微镜、X射线衍射、纳米压痕、划痕和压痕对其表面/截面形貌、相结构、力学性能和膜基结合力进行了表征。研究发现通过多弧离子镀成功制备了表面有少量液滴、截面无明显柱状结的致密（Ti,Al,Si）N薄膜，薄膜厚度约为3.5μm。不同结构薄膜的晶格参数随着不同阴极组合工艺的不同而不同。单层(Ti,Al,Si)N薄膜具有最高硬度为39.4±0.64GPa。多层和梯度结构的引入有效地提高了膜基结合力，相比于单层薄膜的38.57N，多层和梯度结构的膜基结合力分别提高到60.17N和57.43N。基于CPRs因子表征的涂层韧性：单层膜为253.61，多层膜为605.55，梯度结构薄膜为287.91。