TiAlN涂层制备过程中Ti,Al元素存在形式的演变分析

稀有金属, 2014, 38(4): 561-566. doi: 10.13373/j.cnki.cjrm.2014.04.004

TiAlN涂层制备过程中Ti,Al元素存在形式的演变分析

梁俊才 ^1, , 周武平 ^2, , 张凤戈 ^3, , 穆健刚 ^4, , 赵海波 ^5,

1.钢铁研究总院,北京100081;安泰科技股份有限公司,北京100081;北京市镀膜靶材重点实验室,北京100081

2.钢铁研究总院,北京100081;安泰科技股份有限公司,北京100081;北京市镀膜靶材重点实验室,北京100081

3.钢铁研究总院,北京100081;安泰科技股份有限公司,北京100081;北京市镀膜靶材重点实验室,北京100081

4.钢铁研究总院,北京100081;安泰科技股份有限公司,北京100081;北京市镀膜靶材重点实验室,北京100081

5.四川大学分析测试中心,四川成都610064

基金项目: 国家科技部科技重大专项项目(2012ZX04003011)资助国家自然科学基金项目(51275323)

关键词： TiAl靶材 , TiAlN涂层 , 磁控溅射 , 相结构 , 力学性能

Evolution Analysis of Existing Forms of Ti and Al Elements during Preparation of TiAlN Coating

Keywords： TiAl target , TiAlN coating , magnetron sputtering , phase structure , mechanical properties

采用目前商用原子比为Ti50Al50的合金靶材,利用磁控溅射工艺,在硬质合金基体上沉积TiAl和TiAlN涂层.借助扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)对Ti,Al元素在靶材和涂层中的存在形式作了分析,利用洛氏硬度试验机和纳米硬度仪对涂层的结合强度和硬度等力学性能做了测试分析.结果表明:Ti,Al元素在TiAl合金靶材中以纯Ti相和纯Al相存在,其中Ti原子颗粒镶嵌在Al原子的基体中;在TiAl涂层中以纯Ti单质相和Ti3Al合金相存在;在TiAlN涂层中以面心立方TiN相和密排六方AlN相存在.在涂层的制备过程中,靶材的溅射阶段属于靶材金属离子的产生过程,Ti,Al两种元素由靶材中双单质相结构转变为具有一定能量的离子流状态;涂层的沉积阶段属于Ti,Al两种元素的重新结合状态,无反应气体参与情况下形成合金化结构,反应气体的参与下Ti原子与N原子结合成TiN相,Al以置换TiN品格中的Ti原子存在.Ti,Al元素的氮化作用导致涂层力学性能发生了变化,涂层硬度由12.8 GPa提高到23.5 GPa;涂层的结合强度由HF-1变为HF-2,均具有较好的结合强度.

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