Ti-Al-N沉積態薄膜的制備

王 蕾，陳 楠，劉佳磊，金松哲（.長春理工大學光電信息學院機電工程分院；.長春工業大學材料科學與工程學院，長春 300）

Ti-Al-N沉積態薄膜的制備

王 蕾1，陳 楠1，劉佳磊2，金松哲2
（1.長春理工大學光電信息學院機電工程分院；2.長春工業大學材料科學與工程學院，長春 130012）

本文以06Cr18Ni9不銹鋼作為基體材料，采用多弧離子鍍進行 Ti-Al-N沉積態薄膜的制備，并研究了多弧離子鍍對 Ti-Al-N沉積態薄膜表面形貌的影響。研究表明：當氮氣通量為40sccm時，Ti-Al-N薄膜膜層表面的大顆粒消失，凹坑變得淺而平整均勻，但當氮氣通量超過40sccm時，表面大顆粒反而變多而且分布不均勻，沉積的膜層表面相對較粗糙。

Ti2AlN薄膜；多弧離子鍍；表面形貌

Ti-Al-N系統中有兩種重要的三元化合物Ti2AlN和Ti4AlN3，均屬Mn+1AXn（n=0，1，2，3）相［1-2］，兼具金屬和陶瓷的優點，常溫下，有很好的導熱和導電性能，同時它又具有較高的彈性模量、耐高溫和抗氧化等陶瓷的性能。近幾年對Ti-Al-N系薄膜的研究日益增多，本研究的是多弧離子鍍對TiAlN沉積態薄膜表面形貌的影響。

1　試驗方法

本研究采用304奧氏體不銹鋼（硬度≤90HRB，試樣尺寸為：20mm×15mm×2mm），采用Ti/Al 1∶1混合靶進行鍍膜。為提高實驗效果，在實驗過程中通入氬氣，通入氬氣首先可保證試件順利的完成實驗，其次可以作為本次實驗的反應氣體形成Ti-Al-N薄膜。本試驗采用的是沈陽真空鍍膜設備有限公司生產多弧離子鍍沉積設備。JSM-5600LV型掃描電子顯微鏡進行組織形貌觀察。

2　試驗結果與分析

（1）氮氣對表面形貌的影響。觀察圖（1）薄膜表面形貌分析，形貌中主要成分為Al，而且N和Ti和含量隨著氮氣的通氣量增加而增加，而且對薄膜的摩擦性能測試發現氮氣對其影響量很大，對進一步實驗，制備a、b、c三組沉積態薄膜并觀察。圖中a，b，c分別為負偏壓400V，靶電流75A，占空比90%，氮氣通量工藝下制備的沉積態薄膜500倍的表面形貌。

圖1　不同氮氣通量Ti-Al-N薄膜的表面形貌

（2）負偏壓對表面形貌的影響。當氮氣通量穩定時，改變其他因素研究其對薄膜表面形貌的影響。圖a，b，c，d為氮氣通量40sccm，負偏壓（200V，300V，400V，500V）工藝下薄膜的表面形貌。從圖2中可以看出，當負偏壓為200V和300V時沉積的薄膜的表面形貌基本由大顆粒組成，而且晶粒的粒度較大，當負偏壓增大到400V時，發現沉積薄膜的形貌基本由小顆粒組成，大顆粒逐漸消失，晶粒的粒度變小而且細化，表面變得較為平滑。而負偏壓增大到500V時，薄膜表面形貌組成由小顆粒變為大顆粒，而且粒度增大。

圖2　不同負偏壓Ti-Al-N薄膜的表面形貌

3　結論

采用多弧離子鍍進行 Ti-Al-N沉積態薄膜的制備，得到以下結論：氮氣通量為40sccm的Ti-Al-N薄膜，發現薄膜的表面大顆粒逐漸消失，薄膜的表面光滑而平整。當負偏壓為400V時沉積的Ti-Al-N薄膜表面形貌基本由小顆粒組成，平面平整而光滑。

［1］Barsoum M W，El-Raghy T，Ali M.Processing and characterization of Ti2AlC，Ti2AlN，and Ti2AlC0.5N0.5［J］.Metallurgical and Materials Transactions A，2000，31（07）:1857-1865.

［2］任書芳，孟軍虎，呂晉軍等.MN+1AXN相及其復合材料的摩擦學性能研究進展［J］.材料導報，2009，23（01）:12-15.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.040

王蕾（1991-），女，碩士研究生，主要從事功能導電陶瓷。