杜建融, 陶冠羽, 陈辉, 易娟, 万洪, 刘书洋, 张钰
为了探究偏压对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备TiAlSiN 涂层的成分结构、力学性能与摩擦学性能的影响与机制，利用HiPIMS 技术，通过调控基体偏压(0 ～－200 V)在YG8 硬质合金与N 型单晶(111)Si 上沉积TiAlSiN 涂层。 采用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、X 射线光电子能谱仪(XPS)、超景深显微镜、白光干涉仪、纳米压痕仪、划痕仪、往复式摩擦磨损试验机对TiAlSiN 涂层进行微观结构、组成表征与性能测试。 结果表明:HiPIMS 放电行为方面，偏压的升高会使HiPIMS 起辉电压提高，但对平台阶段放电电压与放电电流影响并不明显；在不同偏压条件下所制备的TiAlSiN 涂层中元素组成相对含量变化较小；随着偏压的升高TiAlSiN 涂层由hcp-(Ti，Al)N＋fcc-(Ti，Al)N 转变为fcc-(Ti，Al)N；随着偏压的升高会使涂层截面结构从疏松的柱状晶结构转变为无明显缺陷的致密堆积结构，表面结节状缺陷消失，且晶粒尺寸逐渐降低；力学性能方面，随着偏压的升高，TiAlSiN 涂层的硬度与结合力均呈现上升趋势，涂层在－200 V 时达到最佳性能，其中硬度达到最大的26.19 GPa，H/E*达到最大的0.099 5，结合力在达到最大的19.63 N 时，涂层磨损率最小，为9×10－15 m3/(N·m)。 综上可知，利用HiPIMS 技术，通过改变基体偏压能实现涂层微观结构与性能的调控，提高涂层韧性的同时，还能显著提升涂层的结合力与摩擦学性能。
