(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝研究

　　本文主要研究(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝波動范圍及影響。考察了陰極靶電流、N2氣流量等工藝參數(shù)對膜層組織和性能的影響。研究表明，沉積工藝參數(shù)的波動變化不會對膜層組織、力學性能產(chǎn)生明顯影響。(TiZr)N硬質(zhì)膜的沉積工藝參數(shù)可以有較大的波動范圍，沉積工藝窗口具有良好的可應用性。

　　(TiZr)N硬質(zhì)膜是一種在硬度、紅硬性等性能方面明顯優(yōu)于TiN的硬質(zhì)反應膜，近年來引起國內(nèi)外廣泛的研究興趣。這些研究主要集中于Ti\Zr 成分配比、制備方法、組織結(jié)構(gòu)等方面。而關于沉積工藝適應性方面的研究還較少，(TiZr)N硬質(zhì)膜還沒有廣泛的實際應用。作為一種硬質(zhì)膜層，其沉積工藝的適應性或稱為沉積工藝窗口，對于在涂層刀具、涂層模具上的應用而言，具有不可忽視的實際意義。因此，本文針對兩種具有較大差別成分配比的(TiZr)N 硬質(zhì)膜進行工藝適應性研究，以期確定(TiZr)N硬質(zhì)膜沉積工藝的適應性。

　　試驗材料與試驗方法

　　采用多弧離子鍍技術制備(TiZr)N硬質(zhì)膜。選用兩個不同方位且成90 度配置的弧源同時起弧沉積，其中一個弧源為純度99.9%的商用純鈦靶或者純鋯靶；另一個弧源為純度99.9%的商用鈦鋯合金靶，鈦鋯合金靶的原子比為Ti:Zr=50:50。選用打磨后的高速鋼塊作為基片。在正式沉積(TiZr)N硬質(zhì)膜之前，進行離子轟擊清洗，即，當鍍膜室背底真空度達到8.0×10^-3 Pa、溫度達到200℃時充入氬氣，使鍍膜室真空度達到2.5×10^-1 Pa，開啟兩弧源，保持弧電流在55~56A，進行離子轟擊10~12min，轟擊偏壓從350V 逐漸增加到400V；轟擊清洗之后進行金屬過渡層的沉積，即，將鍍膜室內(nèi)的氬氣壓強保持在2.0×10^-1 Pa，鈦靶、鋯靶、和鈦鋯合金靶的弧電流均置于55 A~60 A，工件偏壓為190 V~200 V，沉積時間5min。然后，進行(TiZr)N 硬質(zhì)膜的沉積，沉積偏壓選定為160±2V。(TiZr)N 硬質(zhì)膜具體沉積工藝如表1 所示。

表1 沉積工藝參數(shù)

　　(TiZr)N 硬質(zhì)膜層表面形貌、斷口形貌以及膜層成分采用HITACHIS-3400N 掃描電鏡(能譜)進行分析；膜層相結(jié)構(gòu)采用X 射線衍射儀并結(jié)合Jade 6.5 電子PDF 卡片進行確定。表面硬度測試采用HXD-1000TMB/LCD 型液晶屏顯示自動轉(zhuǎn)塔顯微硬度計，載荷為10gf，載荷保持時間為20s。附著力和摩擦系數(shù)采用多功能材料表面性能試驗儀(MFT-4000)進行測試。

　　結(jié)論

　　在采用Zr 靶與Ti 靶組合或者Zr 靶與Ti-Zr靶組合沉積(TiZr)N 硬質(zhì)膜的過程中，陰極弧電流、N2 流量等工藝參數(shù)的有限波動不會對(TiZr)N 硬質(zhì)膜層表面成分、膜層組織、力學性能產(chǎn)生明顯影響，所制備的(TiZr)N 硬質(zhì)膜具有硬度較高、附著力強、摩擦系數(shù)低等特點，沉積工藝窗口具有良好的可應用性。