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反应磁控溅射制备TiAlVN薄膜及性能研究
摘要:
本文采用反应磁控溅射技术制备了TiAlVN薄膜，并对其基本性能进行了研究。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、硬度计等测试手段，分析了薄膜的化学成分、微观形貌和硬度等特性。结果表明，TiAlVN薄膜的晶体结构为fcc结构，在制备时加入的反应气体氮气和氩气能有效提高薄膜硬度。当氮气流量为15sccm时，薄膜的硬度达到最高值，为30.8GPa，且薄膜具有优秀的抗氧化性和耐磨性。
关键词:反应磁控溅射；TiAlVN；薄膜制备；微观形貌；硬度
引言：
钛铝氮化物（TiAlN）薄膜是一种优秀的表面涂层材料，具有优异的高温稳定性、抗氧化性和良好的耐磨性。然而，钛铝氮化物薄膜在高温下易产生析氮现象，影响其表面性能和应用寿命。为解决这一问题，研究人员开始探索将氮元素与其他元素（如V）进行合成的新型氮化物薄膜，发现TiAlVN薄膜具有更优异的性能。本研究采用反应磁控溅射技术制备TiAlVN薄膜，并对其基本性能进行了研究。
实验部分：
实验条件：反应磁控溅射仪、制备基片玻璃；反应气体：氮气和氩气，氮气流量范围5~25sccm；基片加热温度：250℃；基片表面清洗：石油醚、丙酮、无水乙醇等有机溶剂；测试设备：X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、硬度计等。
制备过程：首先将基片置于真空室中进行表面清洗，然后通入氮气和氩气反应气体，氮气流量为变量。制备结束后，取下基片进行测试。
结果分析：通过X射线衍射分析，确定了TiAlVN薄膜的晶体结构为fcc结构。扫描电子显微镜观察到TiAlVN薄膜表面均匀、致密，无裂纹、晶粒粗细适中。能谱测试结果表明，薄膜中Ti、Al、V、N四种元素均匀分布。
进一步测试发现，随着氮气流量增加，硬度逐渐增加，当氮气流量为15sccm时，薄膜的硬度达到最高值，为30.8GPa。此外，TiAlVN薄膜的抗氧化性良好，热稳定性高，且具有优异的耐磨性。
结论：
本研究采用反应磁控溅射技术制备了TiAlVN薄膜，并对其基本性能进行了研究。结果表明，TiAlVN薄膜具有fcc结构、致密的表面结构、优异的抗氧化性和耐磨性。在制备时加入的反应气体氮气和氩气能有效提高薄膜硬度，当氮气流量为15sccm时，薄膜的硬度达到最高值，为30.8GPa。这一研究为TiAlVN薄膜的应用提供了基础性的实验研究。