反应磁控溅射周期结构TiN/ZrOxNy多层膜的微结构与膜基结合力

张冰烨，袁妍妍*，涂昱淳，孙 健，兰 睿，晏 超

(1.江苏科技大学 材料科学与工程国家级实验教学示范中心，镇江 212100) (2.上海激光等离子体研究所，上海 201800)

随着现代加工业的发展，尤其是干式切削和高速切削的快速发展对刀具的涂层提出了更高的要求，如：高硬度、良好的耐磨性能、高温抗氧化性以及较好的膜基结合力等.以TiN为代表的过渡族金属氮化物薄膜与其他材料结合交替沉积制备周期结构纳米多层膜因具有硬度异常升高的超硬效应而得到研究者的青睐.文献[1-2]利用射频磁控溅射法制备了不同调制周期的TaN/TiN和NbN/TiN纳米多层膜，发现当调制周期为7～9 nm时薄膜产生超硬效应，最高硬度均达到40 GPa；而在研究AlN/NbN多层膜时，因晶格错配度的原因，薄膜并没有形成同构外延生长.文献[3-4]采用磁控溅射法分别制备了TiN/AlON和ZrN/AlON纳米多层膜.研究发现，由于TiN和ZrN层的模板效应，当AlON层的厚度小于1 nm时被强制晶化并与模板层形成共格外延生长产生超硬效应.一些学者关于薄膜与基底的结合力研究做出了一定的贡献，主要研究了本底真空度、负偏压以及退火温度对Ru薄膜的影[5-7].结果表明，本底真空度的降低会减小膜基结合力，而负偏压和退火温度的升高会使得结合力先升高后降低，其主要原因和薄膜含氧量有关.这些研究主要集中于单层膜或复合膜与基底结合力的研究，对于周期结构多层膜，研究者关注较多的是层与层共格外延生长的形成以及超硬效应的获得，关……