电弧离子镀CrSiN薄膜的内应力控制与厚膜化

采用电弧离子镀技术在不锈钢SUS440C基片上沉积了CrSiN薄膜,并在此基础上通过引入Cr应力缓和层制备了CrSiN/Cr多层薄膜,研究了Cr应力缓和层对缓解CrSiN薄膜内部应力、增强膜基结合力、提高薄膜沉积厚度的作用。利用X射线衍射仪及sin2ψ法测试计算了薄膜的内部应力、采用扫描电镜及透射电镜观察了薄膜的显微结构,采用微米划痕仪测试了膜基结合强度。结果表明:20～30 nm极薄Cr层的导入,缓解了CrSiN薄膜内部应力的积累,降低了薄膜整体的内部应力,选择合适的Cr层数,最大可降低内部应力1/2。CrSiN/Cr多层膜仍保持了原有的连续柱状晶生长模式,CrSiN层与Cr层间,界面完整清晰,Si-N非晶部分缓解了CrSiN中CrN晶格与Cr层中Cr晶格间的失配,使得层间结合紧密牢固。划痕仪测试结果表明膜基结合强度与薄膜内部应力呈现出高度的相关性,Cr应力缓和层的导入改善了薄膜的膜基结合力、提高了薄膜可沉积厚度。

Ti掺杂及Ti应力缓和层对类金刚石薄膜附着力的影响

研究了Ti掺杂对磁控溅射类金刚石(DLC)薄膜附着力及硬度的影响,同时在Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜的基础上,通过引入Ti应力缓和层制备了Ti/Ti-DLC/Ti/Ti-DLC……软硬交替多层薄膜,研究了Ti应力缓和层对进一步提高薄膜附着力特性的作用。采用纳米划痕仪和显微硬度计分析测试了薄膜的附着力和硬度。研究表明,金属Ti的掺杂有利于DLC薄膜附着力特性的改善,但对硬度有一定的影响。Ti应力缓和层的导入进一步改善了Ti-DLC薄膜的附着力特性,使其达到或超过了TiN薄膜的水平,对于附着力的改善Ti应力缓和层存在最佳的厚度值。采用特殊的变周期多层结构设计即在应力集中的膜基界面附近采用较小的调制周期,薄膜顶层附近采用较大的调制周期不但可以保持足够的附着力,还可维持Ti-DLC薄膜原有的硬度。

非平衡磁控溅射Ti掺杂类金刚石薄膜的基本特性

利用非平衡磁控溅射技术在镜面抛光的SCM415渗碳淬火钢基片上沉积了无掺杂类金刚石(DLC)薄膜和不同含量Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜。利用AFM、SEM、TEM对薄膜的微观结构与形貌进行了观察,利用纳米硬度计、摩擦磨损试验仪及纳米划痕仪测试了薄膜的显微硬度、摩擦系数及薄基结合强度。结果表明:随着Ti的掺杂,薄膜硬度先迅速降低,然后保持不变,在Ti含量为25at%时薄膜硬度出现回升,膜基结合强度随Ti的掺杂呈单调增强趋势。与无掺杂类金刚石薄膜相比,掺杂Ti后薄膜表面微观凸凹增多,摩擦系数增大。对于Ti-DLC薄膜来说,随着Ti掺杂量的增加,摩擦系数出现减小的趋势。其原因在于Ti掺杂量的增加使Ti-DLC薄膜变得更加致密,同时Ti的掺杂还有利于弥补基体表面的凸凹缺陷,使薄膜变得更平滑。