四組元氮化物硬質反應膜的制備與性能研究.pdf

1、采用多弧離子鍍膜技術，分別使用Ti-25Nb(at％)合金靶及Zr單質靶組合和Ti-25Nb(at％)合金靶及Cr單質靶組合，在高速鋼基體上通過控制N2和Ar兩種氣體分壓制備了(Ti，Zr,Nb)N與(Cr,Ti,Nb)N復合膜，以確定其它元素作為合金基元素所獲得的多組元氮化物硬質反應膜是否能達到甚至超過以TiN為基的多組元氮化物硬質反應膜的硬度;通過分階段增加N2氣分壓從0Pa到3.0×10-1Pa，實現N含量在膜層生長方向的梯度分布

2、，從而獲得(Ti,Zr,Nb)N與(Cr,Ti，Nb)N梯度硬質膜。
　　對所獲得的(Ti，Zr,Nb)N與(Cr,Ti,Nb)N兩個系列硬質膜的組織、成分、相結構、硬度、附著力、耐磨性、抗熱震性等進行了系統(tǒng)考察。兩個系列的膜層表面形貌幾乎一致，均有明顯的液滴存在，但液滴數量很少，尺寸小于5μm。膜層厚度均在0.7μm～1.1μm之間，膜層斷口組織為致密的柱狀晶，偏壓的增大導致沉積速率略有下降。XRD分析表明，(Cr,Ti,Nb)

3、N與(Ti，Zr,Nb)N復合膜，均具有B1-NaCl型的TiN面心立方結構，而擇優(yōu)生長取向除(Ti，Zr,Nb)N外均為(111)面，(Ti,Zr,Nb)N單層膜的擇優(yōu)取向為(220)面，此外，(Ti，Zr,Nb)N與(Cr,Ti,Nb)N兩個系列復合膜的N含量均大于50％，N含量對膜層的擇優(yōu)生長有一定的影響，而偏壓對衍射峰的峰值有一定的影響。
　　兩個系列復合膜顯微硬度和膜/基附著力測試結果表明，(Cr,Ti，Nb)N與(Ti

4、,Zr,Nb,)N兩個系列的梯度膜綜合性能均高于(Cr，Ti,Nb)N與(Ti,Zr,Nb)N兩個系列的單層膜的綜合性能，硬度可達3300HV，膜/基附著力大于200N;而(Ti,Zr,Nb)N與(Cr,Ti，Nb)N兩個系列的單層膜硬度可達3000HV，膜/基附著力大于140N。
　　摩擦磨損性能測試結果表明，在相同的摩擦參數和沉積工藝下，(Ti，Zr，Nb)N復合膜的摩擦系數均小于(Cr,Ti,Nb)N復合膜。也就是說(Ti,

5、Zr,Nb，)N復合膜具有比(Cr,Ti,Nb)N復合膜更優(yōu)異的耐磨性能。
　　650℃熱震試驗結果表明，兩個系列復合膜層經一定數量的熱震循環(huán)試驗后，失效方式可以分為兩種，其一，氧化后的膜層容易剝落;其二，膜層表面出現微小裂紋。(Cr,Ti,Nb)N梯度膜以裂紋擴大的方式失效，而(Cr,Ti,Nb)N單層膜和(Ti，Zr,Nb)N復合膜均以剝落的方式失效，(Cr,Ti，Nb)N復合膜的抗熱震性能高于(Ti，Zr,Nb)N復合膜，兩