Ti-Al-N沉积态薄膜的制备

王 蕾，陈 楠，刘佳磊，金松哲（.长春理工大学光电信息学院机电工程分院；.长春工业大学材料科学与工程学院，长春 300）

Ti-Al-N沉积态薄膜的制备

王 蕾1，陈 楠1，刘佳磊2，金松哲2
（1.长春理工大学光电信息学院机电工程分院；2.长春工业大学材料科学与工程学院，长春 130012）

本文以06Cr18Ni9不锈钢作为基体材料，采用多弧离子镀进行 Ti-Al-N沉积态薄膜的制备，并研究了多弧离子镀对 Ti-Al-N沉积态薄膜表面形貌的影响。研究表明：当氮气通量为40sccm时，Ti-Al-N薄膜膜层表面的大颗粒消失，凹坑变得浅而平整均匀，但当氮气通量超过40sccm时，表面大颗粒反而变多而且分布不均匀，沉积的膜层表面相对较粗糙。

Ti2AlN薄膜；多弧离子镀；表面形貌

Ti-Al-N系统中有两种重要的三元化合物Ti2AlN和Ti4AlN3，均属Mn+1AXn（n=0，1，2，3）相［1-2］，兼具金属和陶瓷的优点，常温下，有很好的导热和导电性能，同时它又具有较高的弹性模量、耐高温和抗氧化等陶瓷的性能。近几年对Ti-Al-N系薄膜的研究日益增多，本研究的是多弧离子镀对TiAlN沉积态薄膜表面形貌的影响。

1　试验方法

本研究采用304奥氏体不锈钢（硬度≤90HRB，试样尺寸为：20mm×15mm×2mm），采用Ti/Al 1∶1混合靶进行镀膜。为提高实验效果，在实验过程中通入氩气，通入氩气首先可保证试件顺利的完成实验，其次可以作为本次实验的反应气体形成Ti-Al-N薄膜。本试验采用的是沈阳真空镀膜设备有限公司生产多弧离子镀沉积设备。JSM-5600LV型扫描电子显微镜进行组织形貌观察。

2　试验结果与分析

（1）氮气对表面形貌的影响。观察图（1）薄膜表面形貌分析，形貌中主要成分为Al，而且N和Ti和含量随着氮气的通气量增加而增加，而且对薄膜的摩擦性能测试发现氮气对其影响量很大，对进一步实验，制备a、b、c三组沉积态薄膜并观察。图中a，b，c分别为负偏压400V，靶电流75A，占空比90%，氮气通量工艺下制备的沉积态薄膜500倍的表面形貌。

图1　不同氮气通量Ti-Al-N薄膜的表面形貌

（2）负偏压对表面形貌的影响。当氮气通量稳定时，改变其他因素研究其对薄膜表面形貌的影响。图a，b，c，d为氮气通量40sccm，负偏压（200V，300V，400V，500V）工艺下薄膜的表面形貌。从图2中可以看出，当负偏压为200V和300V时沉积的薄膜的表面形貌基本由大颗粒组成，而且晶粒的粒度较大，当负偏压增大到400V时，发现沉积薄膜的形貌基本由小颗粒组成，大颗粒逐渐消失，晶粒的粒度变小而且细化，表面变得较为平滑。而负偏压增大到500V时，薄膜表面形貌组成由小颗粒变为大颗粒，而且粒度增大。

图2　不同负偏压Ti-Al-N薄膜的表面形貌

3　结论

采用多弧离子镀进行 Ti-Al-N沉积态薄膜的制备，得到以下结论：氮气通量为40sccm的Ti-Al-N薄膜，发现薄膜的表面大颗粒逐渐消失，薄膜的表面光滑而平整。当负偏压为400V时沉积的Ti-Al-N薄膜表面形貌基本由小颗粒组成，平面平整而光滑。

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［2］任书芳，孟军虎，吕晋军等.MN+1AXN相及其复合材料的摩擦学性能研究进展［J］.材料导报，2009，23（01）:12-15.

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

王蕾（1991-），女，硕士研究生，主要从事功能导电陶瓷。