AlTiN涂层工艺要点

AlTiN涂层工艺要点1.AlTiN晶体薄膜中，Al原子置换TiN中的一部分Ti原子后使晶格发生畸变。晶格畸变度大的涂层，一方面晶界增多，另一方面位错多且不易滑动，从而导致涂层硬度的提高。2.Al元素能大大降低TiN涂层在告诉切削时的氧化磨损，当刀具和工件接触区温度超过约749℃时，涂层的外表面转化为氧化铝，可以阻止进一步氧化，并能在刀具和工件接触区产生高温时起到保护刀具的作用，从而延长刀具的使用寿命。3.AlTiN涂层中Al含量的变化，硬度值也随之变化。纯TiN的硬度为2000HV，随着Al含量的增加，Al:Ti=6:4时，AlTiN的硬度值增加到最高值3200HV。4.晶格结构的变化会影响涂层的微观结构，SEM显示，当AL含量小于60%时，有柱状结构存在，而当Al含量超过60%时，柱状结构消失，且晶粒尺寸变小。5.对于阴极电弧蒸发沉积AlTiN涂层而言，偏压值会在很大的程度上影响涂层中Al的含量。研究发现，当偏压大于100V时，反应离子产率较低，基体表面发生明显的自溅射作用，沉积速率会降低，膜层表面遭到刻蚀，变得粗糙无光泽。通过降低偏压，可以改善涂层的耐磨性能，当偏压为25V时涂层的耐磨性最好。研究还发现，随着偏压的增大，涂层中Al含量逐渐的减少。这主要有以下两方面原因：a)Ti和Al的离化程度存在差异，Ti的离化率高达80%，而Al的离化率为50%，高离化的Ti离子优先被吸引到基体；b)Ti离子和Al离子溅射系数的差异以及他们自身所带电荷的差异导致了上述的结果，反溅射随着偏压的增大而增加，由于Ti原子比Al原子重，因此Al原子比Ti原子更容易发生反溅射。6.在AlTIN涂层中加入少量的Si元素，可以起到细化晶粒、提高硬度的作用。Si在AlTiN涂层中会形成非晶Si3N4，在高温下，非晶的Si3N4能有效的阻止相邻晶粒择优取向方向的改变，从而引起相邻晶粒间结合力的丧失，并消除了内部残应力，改善力学性能。7.在AlTIN涂层中加入Y和Cr可以提高抗氧化能力。8.在AlTIN涂层中加入V和Zr可以提高抗磨损能力。