论文部分内容阅读
Ti-Si-N硬质膜因具有硬度高、内应力低、膜基结合强度高、耐磨性优良、热稳定性和化学稳定性好以及制备工艺简单等优点,很好的符合了现代机械工业中高速切削刀具和模具表面防护方面的要求,使其已经成为新一代的工模具涂层材料,是目前最受关注和研究最多的一种复合膜体系。本文利用直流反应磁控溅射技术在模具钢(40Cr)基体上制备了Ti-Si-N硬质薄膜。利用XRD、SEM、EDS和TEM分析了薄膜的物相组成、晶体结构、表面形貌、组成成分；通过显微硬度仪、摩擦磨损试验机和电化学工作站测试了薄膜的硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能；研究了N2分压、Si元素含量、基体温度等条件对薄膜硬度、耐磨、耐蚀性能的影响,确定了制备硬质薄膜的最优工艺条件,并研究了Ti-Si-N薄膜的硬化机制。Ti-Si-N薄膜的硬度随Si含量的增加先升高后降低。在Si含量为3.8at%～7.6at%时,Si3N4相主要以非晶态存在。Ti-Si-N复合膜形成了非晶Si3N4界面相包裹TiN纳米晶的微结构。TiN晶粒尺寸随Si含量增加而减小,Si含量为7.6at%时,氮分压为0.03Pa时,Ti-Si-N薄膜呈(111)择优取向,Si3N4相的厚度增加到某一范围(0.3～0.5nm),TiN(111)、TiN(200)、 TiN(311)、TiN(220)、TiN(222)衍射峰发生宽化,TiN晶粒变小,尺寸约为8nnm。基体温度为300℃,N2分压为0.03Pa,工作气压为0.22Pa,Ti-Si靶中Si的质量分数为8%,Ti-Si靶功率450W的条件下,制备的Ti-Si-N薄膜(Si含量为7.6at%)综合性能最佳：显微硬度为4954HV；摩擦系数0.07(载荷25N,转数为20r/min,摩擦副Φ4mm,试验时间10min)；载荷400g,240#砂纸,摩擦2周期(400次/周期)的条件下,薄膜的磨损量失重最小为0.2mg；表面较致密、平整,腐蚀电流仅为2.434×10-6A,交流阻抗达到104量级,耐蚀性较好。