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文档简介

脉冲叠加直流偏压电弧离子镀TiCrNx薄膜的制备与性能分析采用脉冲叠加直流偏压电弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备TiCrNx薄膜，利用XRD，SEM，多功能材料表面性能测试仪等对TiCrNx薄膜开展表征。结果说明，TiCrNx与TiN薄膜相比，硬度有所下降。膜-基结合力与靶材阴极弧电流及偏压有关。

在新兴的薄膜材料中，TiN是研究较早，应用较为广泛的一种薄膜材料，TiN具有较高的硬度，良好的化学稳定性，外观光亮。这些特殊的优点使得TiN在工具表面强化及装饰品的表面美化等行业均有广泛的应用。随着科技的进步，这种单一的涂层越来越不能满足人们的生产需要，首先是涂层本身的硬度还不够高，涂层孔隙率较大，而且与钢的附着力不够理想，高温抗氧化性仍嫌缺陷，因而真空技术网(http:///)认为研究更好的氮化物涂层已成为新的研究热点。

在TiN基体涂层中引入Cr、Ta、Al等金属元素可以改善涂层的综合性能，特别是对精细工模具在高速高温工况条件下涂层的使用性能具有很大的提高。本论文的基本思想是在TiN涂层中引入Cr元素，探索电弧离子镀制备TiCrNx薄膜的合成工艺及其性能。

本实验采用直流偏压与脉冲偏压相互叠加多弧离子镀技术制备TiCrNx薄膜。试验中样品为硬质合金，真空室抽至真空度5.0×10-3Pa，充入Ar气，接通交流负偏压，Ar离子清洗15min。开钛靶沉积过渡层，开启钛铬靶沉积TiCrNx薄膜，此时施加一定的脉冲、直流偏压，氮分压为0.5×10-1Pa，冷却90min之后完成样品制备。沉积过程中样品偏压、温度及钛和铬阴极弧电流控制如下表1所示。

采用多弧离子镀技术成功制备了TiCrNx薄膜，并对其物相构造、形貌及主要性能开展了分析，得到结论如下：

(1)SEM表面分析结果说明，铬靶电流主要是影响膜层表面的致密性，钛靶电流和偏压主要是影响膜层表面的颗粒和凹坑的存在。

(2)XRD分析结果说明，膜层主要以TiN、CrN及Cr2N形式存在。各衍射峰存在一定的宽化和偏移，这主要是Cr取代部分TiN晶格中的Ti造成晶格畸变所致;TiN相的择优取向面由(111)向(220)转变，CrN和Cr2N相的择优取向分别为(200)、(220)和(113)晶面;

(3)结合力测试结果显示，样品薄膜的结合力在38N到44N之间。偏压相同，阴极弧电流依次增大，结合力也增大。阴极弧电流相同，偏压增高，结合力变大。

(4)显微硬度测试结果说明，样品薄膜的硬度较TiN单层膜有所下降，主要是因为薄膜沉积过程中熔融的液钛或液铬附着在薄膜表面，在薄膜表面形成大颗粒以及多弧离子自

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