脉冲偏压磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的组织结构及耐磨性研究.docx

脉冲偏压磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的组织结构及耐磨性研究
随着技术的不断发展，薄膜技术在现代制造业中扮演着越来越重要的角色。TiN薄膜作为一种优秀的表面涂层材料，具有高硬度、高热稳定性、良好的抗腐蚀性能和耐磨性等优点，广泛应用于工具刀具、模具、切削工具等行业。然而，传统的TiN薄膜制备方法存在着着降磨损性能、加工效率低、成本高等问题，急需一种新的加工方法来提高薄膜的性能。因此，本文将介绍一种新型的TiN薄膜制备方法——脉冲偏压磁过滤电弧离子镀。
1.脉冲偏压磁过滤电弧离子镀的原理及优点
脉冲偏压磁过滤电弧离子镀是对传统的磁控溅射和电弧离子镀技术的改进。该技术利用脉冲电压和磁过滤的作用，在高频电弧放电的同时，产生高能量、高浓度的金属离子，使其在真空状态下被吸附在基底表面形成薄膜。与传统方法相比，脉冲偏压磁过滤电弧离子镀具有以下优点：
1）薄膜可以得到均匀的镀层，薄膜质量高、耐磨性能好、粘附强度高。
2）能量更加集中，离子束可以穿透厚的气氛和金属层，在成膜过程中，可以去除基底表面的油脂和气体，使膜层附着更牢固。
3）高电压脉冲显著改善了膜层的质量，并显著增加了沉积率，缩短了镀膜时间。
因此，脉冲偏压磁过滤电弧离子镀技术成为一种可靠的表面涂层技术，逐渐在实际生产中得到了广泛的应用。
2.TiN薄膜的组织结构及性能
TiN薄膜是一种典型的陶瓷涂层材料，具有高硬度、高强度、耐磨性、化学稳定性等优点，非常适用于需要高耐磨性和高热稳定性的工具表面涂层。TiN薄膜的组织结构主要由晶粒结构和孪晶、缺陷等因素决定。晶粒结构对薄膜的性能具有重要影响。
实验结果表明，脉冲偏压磁过滤电弧离子镀制备的TiN薄膜具有优异的组织结构和性能。通过扫描电子显微镜观察，可以看到薄膜具有致密均匀的微晶结构。薄膜的晶粒尺寸小于50nm，且呈现出长宽比近似的菱形晶粒。此外，薄膜表面光滑平整，无明显的裂纹和孔洞等缺陷。
TiN薄膜在力学性能、耐磨性、化学稳定性以及热稳定性等方面均表现出良好的性能。例如，在硬度方面，TiN薄膜的硬度可以达到3000~4000Hv，比普通钢材高出数倍。此外，TiN薄膜具有良好的耐腐蚀性能，在酸、碱、盐、氧化剂等各种化学介质中都具有优异的稳定性。
3.脉冲偏压磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的实验研究
为探究脉冲偏压磁过滤电弧离子镀技术制备的TiN薄膜的组织结构和耐磨性能，我们开展了一系列实验研究。以硅片为基底，在真空环境下通过脉冲偏压磁过滤电弧离子镀技术制备了TiN涂层，研究了其微观结构和耐磨性能。
3.1组织结构分析
通过扫描电子显微镜观察，可以看出TiN薄膜具有致密均匀的微晶结构，并且薄膜表面光滑平整，无明显的裂纹和孔洞等缺陷。在晶粒尺寸分布方面，TiN膜的晶粒尺寸小于50nm，且呈现出长宽比近似的菱形晶粒。这种晶粒结构有助于增强薄膜的耐磨性和化学稳定性等性能。
3.2耐磨性能测试
为测试TiN薄膜的耐磨性能，我们使用了球-盘摩擦磨损测试机进行测试。通过测试，我们发现脉冲偏压磁过滤电弧离子镀制备的TiN薄膜表现出了极佳的耐磨性能。在相同压力和转速下，TiN膜的平均磨损率仅为0.1mg，而不涂层硅片的磨损率为1.6mg。这说明TiN薄膜具有优异的耐磨性能，在实际应用中能够有效地延长工具的使用寿命。
4.结论
本文详细介绍了脉冲偏压磁过滤电弧离子镀制备TiN薄膜的原理和优点，研究了该技术制备TiN薄膜的组织结构及其耐磨性能。通过实验测试，我们发现脉冲偏压磁过滤电弧离子镀制备的TiN薄膜具有优异的晶粒结构和优异的耐磨性能。因此，该技术在工业制造领域有着广阔的应用前景。