论文摘要：Nb+C离子注入磁过滤真空电弧镀TiAlN薄膜研究

TiAlN涂层是TiN涂层基础上发展起来的一种新型多元薄膜涂层材料，在机械加工领域有着广泛的应用。磁过滤真空电弧镀技术是一种新型的多弧离子镀技术，可以得到无大颗粒和高电离的沉积束，制备出表面光滑、平整、结构致密的薄膜。离子注入技术不受热力学平衡条件的限制，能够在表面形成细小晶体相。因此有望通过离子注入优化TiAlN薄膜的性能。本文首先采用磁过滤阴极电弧镀的方法在硬质合金基体沉积TiAlN薄膜，然后通过离子注入Nb以及Nb+C对TiAlN薄膜进行表面改性。采用小角掠入射衍射(GIXRD)方法分析了离子注入前后薄膜表层相组成的变化。采用透射电子显微分析(TEM)方法观察TiAlN薄膜在离子注入前后微观结构的变化。采用维氏硬度计测量离子注入前后TiAlN薄膜的硬度。采用SRV试验机研究了TiN薄膜在离子注入前后耐磨性的变化。小角掠入射衍射(GIXRD)分析显示，磁过滤真空电弧镀的TiAlN薄膜由面心立方结构的Ti3AlN相构成；注入剂量为Nb(5×1017ions/cm2)时，在TiAlN薄膜表层出现NbN新相，注入剂量为Nb+C(5×1017ions/cm2+5×1017ions/cm2)时，在TiAlN薄膜表层出现Nb2C新相。 EDS能谱分析显示，注入剂量为Nb+C(5×1017ions/cm2+5×1017ions/cm2)时，Nb在TiAlN薄膜中的注入深度为150nm；TEM显微分析显示，注入剂量为Nb(5×1017ions/cm2)时，在TiAlN薄膜表层形成了非晶与纳米晶复合结构，复合结构的厚度约50nm；注入剂量为Nb+C(5×1017ions/cm2+5×1017ions/cm2)时，非晶结构消失，TiAlN薄膜表层为多晶结构。Nb+C二元注入的效果要好于Nb一元注入，在高的注入剂量下，硬度提升更为显著。TiAlN薄膜在离子注入改性后，磨损失重量减少，硬度随注入剂量的变化趋势与磨损失重随注入剂量的变化趋势类似。TiAlN薄膜与GCr15钢球的磨损形式为粘着磨损，在高剂量的Nb+C双注入条件下，TiAlN薄膜获得最好的耐磨改性效果。

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