TiAlN薄膜归属于新式多元化A43EI235E薄膜，具有高延展性、高抗氧化剂环境温度、高热限制性，机械性能强、塑性小、热传导率低等特性，已成为高温高速研磨、干研磨、微润滑研磨、模具等机械加工领域广泛采用的薄膜。下面随贤集网小编一起来了解下喷发物输出功率对TiAlN薄膜组织机构结构与操控性的负面影响。

陈利等对TiAlN薄膜耐热性的研究结果表明，薄膜会在高温下发生调频分解：先析出介稳态体心魔方AlN，而后逐渐转变为稳定的体心魔方相。由于薄膜表层的无腺决定于放热、繁殖及外来氢原子转换率等，因此可构建一个有利于薄膜中晶体形核和繁殖的最差喷发物输出功率，从而确定最差辅助热量炮击热量范围，加速氢原子在薄膜表层运动，提高晶体完整性，合成具有高延展性和优良力学操控性的纳米多层膜至关重要。

除采用Ti/Al合金靶制取外，还可采用双靶磁控共喷发物制取薄膜，调节喷发物输出功率控制薄膜原素浓度。试验采用两个单靶直流喷发物源和两个双胞胎靶中频喷发物源，引入高气压离化源，通过非平衡离子镀方法制取TiAlN薄膜，并研究喷发物输出功率对薄膜的微观组织机构结构负面影响。

1试验方法

将硬质合金基体固定在夹具上，往超声波机里添加铁氰化钾；冷却到60℃左右，将基体放入其中清洗10min，拿出后用高压氮气洗脸；用烘干器烘20min，待其完全干燥后，装入涂料机；开电源、机械泵、扩散泵冷却60min，抽清洗器至粗真空4-5Pa；再开前级和高阀对冷却系统移去5×10-3Pa；冷却钨丝后，在负导通-850V时通入氩离子展开炮击15min；开启钛靶和铝靶，按表1工艺参数展开TiAlN薄膜沉积；涂料结束后，冷却90min后出炉。

采用MFT-4000多功能材料表层操控性试验机，通过刮痕EtBr可焊性来判断薄膜结合气压大小。利用荷兰FEI公司Inspect F型场发射扫描电子显微镜和Oxford INCA Petafetx3的X射线波谱分析仪分析表层无腺和结构组成。

2试验结果与分析

(1)薄膜波谱分析

分别将三组样本机械打碎，作EDS波谱分析(见图1-图4)，并计算其氢原子和重量比率(见表2-表5)。

为了比较4组样本各原素的弯果浓度变动，将其按Al/Ti的升高展开整理。如表6所示，样本中的Al/Ti比值随着喷发物输出功率的减少而减少。样本中N氢原子和Al氢原子的比率一直在减少，可以窥见喷发物输出功率减少引致白苞中Al喷发物输出功率减小。Al氢原子比率减少，引致Ti氢原子比率上升。N氢原子在TiAlN薄膜中比例减少，总体上采用双靶磁控喷发物制取的TiAlN薄膜中Al/Ti氢原子比率和输出功率变动总趋势完全一致。原因是靶喷发物输出功率减少，引致铝靶喷发物输出功率减少。铝氢原子的动能和氢原子的转换率减少，使整个制取过程中氢原子转换率减少，从而引致铝氢原子浓度减少，同时由于铝氢原子和钛氢原子的喷发物额不同，也会引致氢原子比率变动。

(2)薄膜梳齿无腺分析

由图5的梳齿无腺可以窥见，薄膜宽度较薄时，分介面比较模糊。随着宽度增加，介面变清晰。薄膜端口无腺整体呈现出高低不平的状态，这是晶粒的择优取向引起的。高的地方，说明其繁殖方向与择优取向讷伊县完全一致；反之，则是与择优取向讷伊县呈现出一定角度，出现凹凸现象。

随着喷发物输出功率的减少，会在一定程度上减少基体环境温度，引致氢原子间的扩散速度减慢，使得基体与镀层之间介面不清晰。此外，Al原素浓度的减少，不利于形成更多的核心，引致镀层表层的空隙和缺陷增多，阻碍晶粒的细化和繁殖，让断面无腺变得更粗糙。

(3)刮痕无腺可焊性分析

采用刮痕EtBr薄膜与基体间的结合气压。由图6可知，随着喷发物输出功率的变动，刮痕无腺也随之变动。在喷发物输出功率最大时刮痕更清晰，同样的力，刮痕越浅，可焊性越高。原因可能是喷发物输出功率增加时，铝氢原子浓度增加，其晶体结构从体心魔方转化为六方结构。晶格常数发生变动，延展性也随之发生变动。喷发物输出功率最大时，晶粒细化程度最高，组织机构结构更致密，表层粗糙度最低，薄膜的延展性值最高，从而膜基结合气压也高。也可能因为沉积薄膜中的等离子体相应增多，增大了沉积热量密度，细化晶粒，薄膜的晶界强化作用加强，薄膜延展性提高，从而提高可焊性。

(d)4号样本

图6刮痕无腺

小结

(1)采用非平衡磁控喷发物设备在硬质合金表层沉积氮化铝钛薄膜，确定最差沉积喷发物输出功率为16A。

(2)SEM和EDS波谱结果显示，膜厚分布均匀，无过于粗大的柱状晶和孔洞，延展性逐渐下降。

(3)喷发物输出功率的减小引致Al氢原子比率减少，使薄膜的结合气压减少和宽度减小。