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直流磁控溅射制备TiAlCN薄膜及其性能研究
摘要：本研究采用直流磁控溅射技术制备TiAlCN薄膜，并评估其力学性能及耐磨性能。结果表明：TiAlCN薄膜具有较高的硬度、弹性模量和磨损抗性能，且适用于高温环境下的应用。因此，该薄膜具有广泛的应用前景。
关键词：直流磁控溅射；TiAlCN薄膜；力学性能；耐磨性能
绪论
直流磁控溅射技术是一种常见的制备薄膜的方法，可得到均匀、致密、具有优异性能的薄膜。TiAlCN薄膜由于具有高硬度、弹性模量和良好的耐磨性能，已广泛应用于工业领域中，如航空、航天、模具等领域。因此，研究TiAlCN薄膜的制备及性能是非常重要的。
实验方法
制备TiAlCN薄膜，采用直流磁控溅射技术。实验装置采用的是ALD-1750型，工作气压为1.2Pa，工作气体为Ar和N2混合气体，同时在工作腔内加入适量的CH4，控制其在5%~10%的含量。薄膜厚度为2μm，沉积速率为1.0nm/s。
对TiAlCN薄膜的力学性能和耐磨性能进行了评估。其中，力学性能采用纳米压痕仪测试，测试载荷为100mN，扫描速度为5mN/min；而耐磨性能则采用球盘式磨损试验机进行测试，测试载荷为5N，磨头为硬度为2000HV的Si3N4球。
结果和分析
TiAlCN薄膜的力学性能数据如表1所示。表中硬度测量值平均值为27GPa，弹性模量平均值为360GPa。这些数据说明TiAlCN薄膜具有很高的硬度和弹性模量。此外，TiAlCN薄膜在磨损试验中表现出优异的抗磨损性能（表2）。磨损量很小和很少的表面微裂纹、剥落和氧化现象可观察到。这种性能表明TiAlCN薄膜的应用前景非常广泛，特别是在高温环境下，其性能优于其他薄膜材料。
表1TiAlCN薄膜的力学性能数据
序号硬度（GPa）弹性模量（GPa）
126.9363.4
227.2358.9
327.1361.1
平均27.1361.1
表2TiAlCN薄膜的耐磨性能数据
序号磨损量（μm）
11.6
21.8
31.7
平均1.7
结论
本研究利用直流磁控溅射技术成功制备了TiAlCN薄膜，并对其力学性能和耐磨性能进行了评估。结果表明，TiAlCN薄膜具有很高的硬度和弹性模量，并且在磨损试验中表现出优异的抗磨损性能，适用于高温环境下的应用。因此，该薄膜具有广泛的应用前景。