PDF《磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积 T i- S i- N 薄膜》

第24 卷第5期摩擦学学报Vo l 24, No

5 2004 年9月TR I BOLO GY Sep,

2004 磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积 Ti-Si-N 薄膜 摩擦磨损性能对比研究 马青松1 , 马胜利1 , 徐可为1 , 徐洮2 (1.

西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室, 陕西 西安 710049;

2. 中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000) 摘要: 分别利用磁控溅射和脉冲直流化学气相沉积(PCVD ) 技术制备了 T i2Si2 N 薄膜, 测定了

2 种Ti2Si2 N 薄膜的显 微硬度, 并采用球2盘式高温摩擦磨损试验机对比考察了其高温摩擦磨损性能. 结果表明, 当薄膜中 Si 含量 (原子分 数) 约为 10% 时,

2 种薄膜的显微硬度达到最大值;

2 种Ti2Si2 N 薄膜的耐磨性能同其硬度之间不存在对应关系, 其中 采用 PCVD 方法制备的 T i2Si2 N 薄膜的高温抗磨性能较优;

2 种薄膜在高温下的摩擦系数均有所降低, 这归因于高温 下氧化膜的润滑作用. 关键词: 磁控溅射;

脉冲直流化学气相沉积(PCVD );

T i2Si2 N 薄膜;

摩擦磨损性能 中图分类号: TG174.

44 文献标识码: A 文章编号:

100420595 (2004)

0520415205 T i2Si2 N 薄膜以其超硬、 高强和良好的抗氧化性 能而在刀具、 模具及机械零部件表面强化领域获得了 成功应用 . 通常可以采用等离子体辅助化学气相沉积 (PCVD ) 和物理气相沉积(PVD ) 等方法制备 T i2Si2 N 薄膜[1 ~

3 ] . 研究表明, 在TiN 基纳米硬质薄膜制备过 程中引入 Si 有可能形成纳米晶 T iN 纳米非晶 Si3N

4 复合薄膜, 其硬度同金刚石的硬度相近, 且高温氧化 性能和断裂韧性优良[4 ] . 值得注意的是, 目前针对金 属基纳米硬质薄膜的摩擦学研究主要集中于 T iN [5 ] 、 T i2 A l2 N [6 ] 、 T i2 C2 N [7 ] 薄膜或 (T i, A l)N T iN 复合薄 膜等[8 ] , 有关 T i2Si2 N 薄膜的摩擦学研究报道则不多 见.基于此, 本文作者分别采用实验型磁控溅射设备 (将相应的 T i2Si2 N 薄膜简称为 P 型) 和工业型脉冲 直流 PCVD 设备 (将相应的 T i2Si2 N 薄膜简称为 C 型) 制备了 T i2Si2 N 薄膜, 并对比研究了

2 种Ti2Si2 N 薄膜在常温和高温下的摩擦磨损性能 .

1 实验部分 C 型Ti2Si2 N 薄膜的基体为高速钢 (W 18C r4V , 常规热处理后精磨并抛光, 62H R C ) , 经分析纯丙酮 和酒精超声清洗、 干燥后, 在自制的工业型内热式 PCVD 真空炉(有效容积 10. 0% ) 等3组试样;

偶件采用直 径