论文摘要
本文研究了采用钛/石墨复合靶和钛/甲烷/氮气真空电弧沉积法,利用Bulat-6多弧离子镀膜机在不同的工艺参数下制备了TiN/CNx复合薄膜,并用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对薄膜进行了结构和形貌表征,用显微硬度计、摩擦磨损实验仪对薄膜的性能进行了检测;分析了离子束加速电压、离子束流、氮气压力及靶材成份对钛/石墨复合靶工艺制备TiN/CNx薄膜的组织结构、表面断面形貌、显微硬度和摩擦磨损性能的影响;分析了氮气、甲烷以不同的比例和方式通入到镀膜室对钛/甲烷/氮气工艺制备TiN/CNx薄膜的组织结构、形貌、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明: 石墨靶真空电弧沉积是制备CNx薄膜是可行的方法之一,该方法制备的CNx膜层中有少量的β-C3N4相生成。真空电弧沉积时,弧流的大小影响复合靶中石墨的蒸发量,在钛/石墨复合靶制备TiN/CNx薄膜时,弧流为75A时,石墨含量1.5%（wt）复合靶获得与靶材设计较接近的成份比。较低离子束加速电压下沉积的TiN/CNx薄膜较厚,获得膜层显微硬度高,但较高的离子束加速电压下,离子束对薄膜表面溅射作用增强,沉积的膜层较薄。氮气压力对沉积TiN/CNx薄膜的硬度影响明显,提高氮气压力,获得的TiN/CNx薄膜显微硬度较高。本实验在钛/石墨复合靶制备TiN/CNx复合薄膜时,离子加速电压为2500V,离子束流约为120mA时,氮气压力4.1×10-1Pa时获得的薄膜显微硬度最高,达到HV0.0252875。石墨含量为1.5%（wt）的复合靶比3%（wt）的复合靶制备的TiN/CNx薄膜显微硬度高;石墨含量为3%（wt）的复合靶制各的TiN/CNx薄膜对GCr15钢球的摩擦阻力系数较小,与钢球有较好的对磨性。 采用甲烷和氮气经大束流的离子源离化后制备的CNx薄膜有少量β-C3N4相生成,同时还检测到未能确定的CN相。钛/甲烷/氮气工艺真空电弧制备TiN/CNx薄膜时,氮气先经过离子源离化再进入到镀膜室,当甲烷:氮气比例为1:4时,沉积的TiN/CNx薄膜的膜层较厚,显微硬度最高,达到HV0.0254009,薄膜表面钛液滴较多,膜层表面粗糙。甲烷:氮气比例为1:8时,无离子束辅助沉积的TiN/CNx薄膜较厚,显微硬度HV0.0253127。甲烷与氮气的比例对TiN/CNx薄膜的影响明显,甲烷与氮气比例为1:2时,虽然薄膜的显微硬度较低,但沉积的薄膜对钢球的磨损较小,有较好的对磨性。甲烷与氮气比例为1:4和1:6时,沉积的TiN/CNx薄