唐美

摘 要：本文采用JGP450型反應(yīng)磁控濺射儀，在室溫下分別沉積了不同V含量的TiVN復(fù)合薄膜，采用XRD-6000型X射線衍射儀分析薄膜的微結(jié)構(gòu)；采用Scherrer公式結(jié)合XRD譜計(jì)算薄膜的晶粒尺寸；采用納米壓痕/劃痕儀測薄膜的硬度和膜基結(jié)合力；采用Dektak XT型探針式表面輪廓儀測薄膜的表面曲率，并結(jié)合Stoney公式計(jì)算薄膜的殘余應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：TiVN復(fù)合膜；微結(jié)構(gòu)；顯微硬度；膜基結(jié)合力；殘余應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0208-01

1 結(jié)果與討論

圖1為不同V含量的TiVN復(fù)合膜的XRD譜，由圖1所示，TiN薄膜為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向?yàn)門iN（111）晶面。當(dāng)V含量為9.48at.%時(shí)，TiVN薄膜的XRD譜中出現(xiàn)VN（111）晶面衍射峰，隨著V含量的增加，VN（111）晶面衍射峰逐漸增強(qiáng)，TiN（111）晶面衍射峰先減弱后增強(qiáng)，且TiN（111）衍射峰逐漸向大角度偏移。因?yàn)樵影霃捷^小的V取代了TiN中Ti原子位置形成（Ti，V）N置換固溶體，減小了薄膜的晶格常數(shù)。當(dāng)V含量增加到14.35at.%時(shí)，TiN（111）衍射峰的位置不再偏移。因?yàn)閂在薄膜中的固溶度達(dá)到飽和，多余的V 原子與N原子結(jié)合以VN的形式存在，此時(shí)薄膜的微結(jié)構(gòu)是TiVN和VN的雙相結(jié)構(gòu)。

隨著V含量的增加，TiVN復(fù)合膜的晶粒尺寸先減小后增大。當(dāng)V含量小于4.53at.%時(shí)，隨著V含量的增加，晶粒尺寸不斷減小，是因?yàn)閂原子的加入促進(jìn)了薄膜中新晶核的形成，抑制了薄膜晶粒的長大。當(dāng)V含量增加到14.35at.%時(shí)，薄膜中形成了VN相，且隨著V含量的增加，VN相越來越多，而VN的晶粒尺寸較大，所以TiVN復(fù)合膜的晶粒尺寸變大。

隨著V含量的增加，TiVN復(fù)合膜的殘余壓應(yīng)力及硬度均先增大后減小。當(dāng)基體上的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，能對(duì)硬度起到強(qiáng)化作用。當(dāng)V含量低于4.53at.%時(shí)，固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化同時(shí)還有壓應(yīng)力強(qiáng)化，共同導(dǎo)致TiVN復(fù)合膜硬度的增加。但隨著V含量的繼續(xù)增加，TiVN復(fù)合膜的晶粒尺寸逐漸增大，且薄膜中VN相越來越多，再加上殘余壓應(yīng)力的消除，導(dǎo)致了TiVN復(fù)合膜的顯微硬度急劇下降。隨著V含量的增加，TiVN復(fù)合膜的膜基結(jié)合力逐漸減小。說明V元素的加入并不能有效改善薄膜與不銹鋼基體的膜基結(jié)合力。

2 結(jié)語

（1）TiVN復(fù)合膜為面心立方結(jié)構(gòu)，隨著V含量的增加，TiN（111）衍射峰逐漸向大角度偏移；TiVN薄膜的晶粒尺寸先減小后增大；當(dāng)V含量低于9.48at.%時(shí)，TiVN薄膜中的V原子占據(jù)TiN晶格中Ti原子的位置，形成置換固溶體；當(dāng)固溶度達(dá)到飽和時(shí)，多余的V與N結(jié)合形成VN相。（2）隨著V含量的增加，TiVN復(fù)合膜的殘余壓應(yīng)力與硬度均先增大后減小。當(dāng)V含量為4.53at.%時(shí)，復(fù)合膜的硬度達(dá)到最大值，為23 GPa。不同V含量的TiVN復(fù)合膜的膜基結(jié)合力較差， V元素的加入并不能有效改善薄膜與不銹鋼基體的膜基結(jié)合力。

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