高功率脈沖磁控濺射CrN、AlCrN和AlCrSiN涂層的制備研究.pdf

1、涂層作為硬質(zhì)合金刀具最外面的保護層，可以減小刀具與工件之間的摩擦，提高刀具的耐磨性，使得刀具壽命得到提升，從而降低加工成本。目前，物理涂層技術(shù)中磁控濺射和離子鍍膜是硬質(zhì)合金刀具涂層中較流行的技術(shù)。高功率脈沖磁控濺射技術(shù)（High Power Impulse Magnetron Sputtering，HIPIMS）既可以擁有傳統(tǒng)磁控濺射的較低溫度制備涂層、涂層內(nèi)部液滴可控和表面粗糙度好等的優(yōu)點，也能擁有電弧離子鍍的沉積速率高，涂層的結(jié)合強

2、度好等優(yōu)點，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本文主要基于HIPIMS對常見PVD涂層(CrN、AlCrN和AlCrSiN涂層)的制備，系統(tǒng)研究了不同HIPIMS參數(shù)（功率，頻率，基體偏壓等）對HIPIMS靶工作狀態(tài)，涂層生長特性，涂層組織結(jié)構(gòu)及涂層性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　(1)HIPIMS制備CrN涂層:隨著偏壓的增加，CrN涂層的柱狀晶由粗大變得細小，晶粒也從粗變小;偏壓增加到-200V時，無明顯的柱狀晶，表面是火山口狀

3、的特征。在-30V、-60V和-100V偏壓下，擇優(yōu)取向主要是CrN(200);在-150V和-200V時，CrN涂層的主要衍射峰形寬而彌散。硬度、楊氏模量和內(nèi)應(yīng)力，都是隨著偏壓的增大而逐步上升的，都在-150V時達到最大值，然后降低。在洛氏壓痕上的表現(xiàn)都是HF1;在納米劃痕測試中，不同基體偏壓的表現(xiàn)都有所差異，但Lc最低也有56N。平均摩擦系數(shù)（室溫）在0.5～0.75。CrN涂層在加工PCB板上的表現(xiàn)，在小批量的測試中，涂層的微鉆表

4、現(xiàn)性能比不涂層的耐磨一些。
　　(2)HIPIMS制備AlCrN涂層:隨著偏壓的增加，AlCrN涂層的柱狀晶由粗大變得細小，晶粒也從粗變小;偏壓增加到-100V時，晶粒細化很好，表面質(zhì)量好;偏壓再升高，晶粒再生長，柱狀晶又重新長大了。AlCrN涂層出現(xiàn)了明顯的CrN衍射峰，其擇優(yōu)取向為CrN(111)，CrN(200)和CrN(220)。硬度和楊氏模量都是隨著偏壓的增大而逐步上升的，都在-100V和-150V時達到最大值，此時的彈

5、性變形能力和抗塑性變形能力也最佳。涂層的內(nèi)應(yīng)力也有同樣的規(guī)律體現(xiàn)，并且表現(xiàn)的都是壓應(yīng)力。
　　(3)HIPIMS制備AlCrSiN涂層:由于在不同基體偏壓或者不同頻率下，AlCrSiN涂層的Si含量都超過了13％，幾乎全部都是無定型的晶體狀態(tài)。硬度和楊氏模量都是隨著偏壓的增大而逐步上升的，-100V時達到最大值，但此時的彈性變形能力和抗塑性變形能力也最差;涂層的內(nèi)應(yīng)力也有同樣的規(guī)律體現(xiàn)，并且表現(xiàn)的都是壓應(yīng)力。不同頻率的AlCrSi