Nb 、V离子注入TiAlN薄膜的微观结构X射线分析研究

admin · 发表于 2022-9-5 21:38:06

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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，不但具有比TiN更好的的综合力学性能，更重要的是优良的高温抗氧化性能和红硬性，弥补了TiN的严重不足。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，能够改变注入层的微观结构。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和 V分别对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和择优取向的变化。离子注入可以改变相的组成和取向，这是因为在高能量的V+或Nb+离子的轰击下，能够引起晶格扭转、可能使的晶格原子运动，在晶面上重新分布等微观结构变化，从而宏观上表现晶粒细化，择优取向变化；或者甚至高能离子挤进原来晶格与之形成新的晶格，宏观上表现形成新相。小角掠入射衍射(GIXRD)分析显示，在硬质合金基体上沉积出没有经过离子注入的的TiAlN薄膜主要组成是没有择优取向面心立方的Ti3AlN和TiN，并伴有少量的两种不同相的AlN。TiN峰与标准TiN衍射峰都大概有-0.43度的偏移。离子注入可以使晶粒细化，注入V 离子时，当注入小剂量1×1017ions/cm2 时，在（111）和（220）方向上体现的晶粒尺寸都大大降低了，即晶粒得到明显细化；当增大剂量为5×1017ions/cm2 时，即细化效果不如小剂量注入，并且最大尺寸出现在一个新的方向（210）上。注入Nb 离子时，当注入剂量（1×1017ions/cm2 ）时，在（111）和（220）方向上体现的晶粒尺寸得到明显细化；当注入大剂量为（5×1017ions/cm2）时表面层被非晶化。注入V离子时，小剂量为（1×1017ions/cm2 ），Ti3AlN在（111）方向上产生择优取向，同时TiN的量大大减少；注入大剂量V离子为（5×1017ions/cm2）时，Ti3AlN的在（210）方向上产生则有取向，与没注入的相比，TiN几乎没有了-0.43度的偏移，含量也比增加了，并产生新相Ti4N3-x；注入Nb 离子时，小剂量（1×1017ions/cm2 ），Ti3AlN形成(111)择优取向，TiN的衍射峰的偏移量减少为-0.29度，猜测可能形成新相NbN；注入Nb大剂量（5×1017ions/cm2）时，注入层所有相都被非晶化；

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