脉冲偏压对离子束辅助电弧离子镀TiN/Cu纳米复合膜结构及硬度的影响

采用离子束辅助电弧离子镀技术在高速钢基体上制备TiN/Cu纳米复合薄膜,考察了基体脉冲负偏压对薄膜成分、结构及硬度的影响。用X射线光电子谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和纳米压痕等方法分别测试了薄膜的化学成分、结构、表面形貌、硬度以及弹性模量。结果表明,在氮离子束的轰击作用下,随着脉冲偏压幅值从-100 V增加到-900 V时,薄膜中Cu含量先增加而后略有降低,在1.05%~2.50%(原子比)范围内变化。同时,脉冲偏压对薄膜的结构也有明显影响,在-100 V出现TiN(111)择优取向,当基体偏压增加到-300 V以上时,择优取向改变为TiN(220)择优。薄膜的Cu2p峰均对应纯金属Cu,薄膜的晶粒尺寸约在11~17 nm范围内变化。硬度和弹性模量随着偏压幅值增加而增大,当偏压为-900 V时,薄膜硬度和弹性模量达到最大值,分别为29.92 GPa,476 GPa,对应的铜含量为1.91%。