多弧离子镀TiN/Cu多层复合纳米膜研究

   【慧聪表面处理网】提高零件耐磨性的硬质膜层是保护性涂层的一个重要分支，在刀具、模具等行业有很广泛的应用。硬质膜通常被分为两类：①硬膜，硬度小于40GPa；②超硬膜，硬度大于40GPa。膜的硬度可分为本征硬度和非本征硬度。具有本征硬度的超硬膜主要有金刚石、立方氮化硼(c-BN)、碳化硼(B4C)、非晶态类金刚石、非晶态氮化碳(a-CNx)和一些三元化合物B-C-N等。然而这些本征超硬材料由于种种缺点，稳定性较差，无法广泛应用于刀具、模具等行业。

    近年来，为了获得非本征硬度超硬膜，将纳米技术引入超硬膜的制备已成为人们关注的焦点。但是，迄今为止，许多研究仍致力于纳米复合膜的制备方法和致硬机理等问题的探讨，许多问题尚未获得一致性的结论，高效、便捷的制备方法也处于探索之中，远未达到成熟和实用水平。尤其在国内仅有少数单位进行这方法的研究，与国外的研究水平存在相当大的差距。因此，继续深入开展对纳米复合膜的研究仍然是当前的重要研究课题。本文利用多弧离子镀的方法，研究纳米复合膜的制备工艺以及工艺参数和膜性能的关系，以探索一种高效、便捷的纳米复合膜制备工艺方法，为纳米复合膜的实用化创造确实可行的条件。   

    1．实验条件及方法

    实验样品基体材料为W18Cr4V，尺寸为(p15mm×4mm)，经过淬火、回火的试样用砂纸磨光，再抛光至表面呈光滑镜面，清洗铁机干净后备用。

    实验采用PH-700A型多弧离子镀膜机(钛、铜靶材各l套)。实验时将两靶位置固定，铜靶在左上方，钛靶在左下方，试样卡在自制试样架上，使其与两靶的距离相等。镀膜实验所采用的实验参数及具体取值范围为：沉积时间：30～150min；沉积温度：200～350℃；试样距靶距离：150～250mm；负偏压：100～400V；氮分压：0.025～0.2Pa；Cu靶工作电流：30A；Ti靶工作电流：35A；Cu靶开启时间：每5min开5～60s；Ti靶一直处于开启状态。

    用FW-700型显微硬度计测试(Ti,Cu)N膜的硬度；用．ISM-6500177型场发射扫描电子显微镜观察膜层横截面形貌；用能谱分析仪分析膜层的化学成份；用D8型X射线衍射仪分析膜层的结构，用Newview5032型表面粗糙度仪测试膜的厚度。    

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