偏压占空比对电弧离子镀氮化物薄膜结构和性能的影响

　　过渡族金属的氮化物,例如TiN薄膜、CrN薄膜、ZrN薄膜具有高熔点、高硬度、良好的热稳定性、抗腐蚀性以及抗氧化性等,因此被广泛地用在刀具表面做强化材料。这类氮化物薄膜一般是柱状结构,抗高温能力较差。TiAlN膜、TiCrN膜这些复合薄膜具有更高的热硬度和抗高温的能力。脉冲偏压阴极电弧离子镀技术具有沉积温度低、薄膜质量好和低应力等优点。为了进一步研究常用氮化物薄膜在不同占空比条件下的性能,本文采用脉冲偏压阴极电弧离子镀技术,制备了TiN、CrN、ZrN和TiAlN薄膜,并研究了不同占空比（10%、30%、50%、70%、100%）对其表面形貌、相组成、力学性能以及摩擦磨损性能的影响,结果发现： （1）随着占空比的增加,TiN薄膜表面的白亮色的大颗粒与凹坑的数量先减少再增加,占空比为70%时,TiN薄膜的表面粗糙度最小。其硬度随着占空比的增加先增大后减小,占空比为70%时,TiN薄膜的显微硬度值最大,磨损率最低为1.3×10~(-14)m3/Nm。在干摩擦条件下,占空比对所制备的TiN薄膜的摩擦系数影响不大。 （2）随着占空比的增加,CrN薄膜表面的大颗粒与凹坑数量先减少再增加,占空比为70%时,CrN薄膜的表面粗糙度最小,摩擦系数最小。其硬度随着占空比的增加先增大后减小,占空比为30%时,CrN薄膜的显微硬度值最大,TiN薄膜的磨损率最低,其值为0.5×10~(-14)m3/Nm。CrN薄膜由CrN相和Cr_2N相组成。 （3）随着占空比的增加,ZrN薄膜表面的白两色的大颗粒与凹坑数量先减少再增加,占空比为50%时,ZrN薄膜的表面粗糙度最小,摩擦系数最小。其硬度随着占空比的增加先增大后减小,占空比为70%时,ZrN薄膜的显微硬度值最大,磨损率最低,值为1.9×10~(-14)m3/Nm。ZrN薄膜的衍射峰主要有（111）、（200）、（311）。 （4）随着占空比的增加,TiAlN薄膜表面的白亮色的大颗粒与凹坑数量先减少再增加,占空比为70%时,TiAlN薄膜的表面粗糙度最小,摩擦系数最小。其硬度随着占空比的增加先增大后减小,占空比为50%时,TiAlN薄膜的显微硬度值最大,磨损率最低,值为0.9×10-14m3/Nm。TiAlN薄膜衍射峰有Ti2N（112）、（200）和Ti_3Al_2N_2（105）、（112）。……