脉冲偏压占空比对TiSiN薄膜结构和性能的影响

作     者：魏永强 顾艳阳 赵重轻 蒋志强 Wei Yongqiang;Gu Yanyang;Zhao Zhongqing;Jiang Zhiqiang

作者机构：郑州航空工业管理学院航空宇航学院河南郑州450046 

出 版 物：《金属热处理》 (Heat Treatment of Metals)

年 卷 期：2022年第47卷第8期

页      面：279-286页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51401182) 河南省科技攻关项目(222102220066) 河南省教育厅自然科学重点项目(22B430030) 

主　　题：电弧离子镀 TiSiN薄膜 占空比 纳米硬度 耐蚀性 

摘      要：采用电弧离子镀方法,通过改变脉冲偏压占空比在M2高速钢和单晶硅片基体上沉积TiSiN薄膜,研究脉冲偏压占空比对TiSiN薄膜形貌结构、元素成分、相结构、纳米硬度和耐蚀性能的影响。脉冲偏压占空比为30%时,TiSiN薄膜表面的大颗粒数目达到最大值832个,占空比为60%时,大颗粒数目减小到451个;脉冲偏压占空比从20%增加到50%,Si试样表面的膜层厚度从390.8 nm增加到2.339μm;占空比为30%时,Si在薄膜中的含量最高为13.88at%,(220)晶面为择优取向,晶粒尺寸达到最小值5.05 nm,硬度达到28.34 GPa,自腐蚀电流密度达到最小0.5306μA/cm^(2);占空比为40%时,(111)晶面为择优取向,Si的含量降低到最小值0.46at%;占空比为50%时,(111)晶面的晶粒尺寸达到13.22 nm,硬度达到最大值42.08 GPa,自腐蚀电位达到最高值-0.324 V(vs SCE)。40%以上的占空比可以减少大颗粒缺陷数量,降低TiSiN薄膜中的Si含量,改变TiSiN薄膜晶粒生长的择优取向,提高薄膜的硬度和耐蚀性能。