TiAlN硬质薄膜具有比TiN薄膜更加优良的性能,如高硬度、高抗氧化温度、良好的耐蚀性和耐磨性等。因此,TiAlN薄膜在切削刀具、工模具领域具有广阔的应用前景。　　本文采用中频非平衡磁控溅射离子镀技术在YG6硬质合金基体上成功制备了TiN薄膜和TiAlN薄膜,并对它们的主要性能进行了测试分析。主要研究了靶功率、基体偏压、N2分压、基体温度、沉积时间等工艺参数对薄膜的成分、表面形貌、微观组织结构及性能的影响。　　XRD分析表明:TiN薄膜为面心立方结构,沿(111)晶面择优取向。TiAlN薄膜主要存在纤锌矿六方结构的Ti3A1N相,沿(220)晶面择优取向,其衍射峰向高角区偏移;另外还存在密排六方结构的AlTi2N相和AlN相、面心立方结构的TiN相和TiC相。工艺参数不同,薄膜中相结构不同。　　SEM和断口形貌分析表明:TiN薄膜表面光滑、均匀、组织致密;膜层结构致密、晶粒尺寸小,呈柱状晶生长,膜-基结合牢固,膜层与基体分界面存在原子相互扩散。TiAlN薄膜中,Al靶电流增大,膜层表面更加平整、均匀,缺陷减少,结构更加致密,晶粒尺寸变小,膜层和基体结合牢固。当Al靶电流为16A时,膜层呈致密的柱状晶结构,致密度高。基体负偏压增大,膜层缺陷减少,致密性增强。当偏压增大到50V后,膜层中残余应力增大,膜层结构被严重破坏,表面粗糙不均匀。N2分压增大,膜层的粗糙度增大,组织疏松。基体温度提高,膜层中原子之间反应充分,晶粒细化,膜层组织致密,表面光滑。沉积时间增加,膜层的厚度增加,膜层中内应力增加,表面出现了部分剥落现象。　　EDS分析表明:TiN薄膜中检测到Ti和N,Ti/N原子含量比接近1。TiAlN薄膜检测到Al、Ti、N三种元素。Al靶电流的增大,膜层中Al原子含量增加,Ti和N原子含量降低。基体偏压的增大,膜层中Al、Ti原子含量减少,Al原子的溅射产额约为Ti原子的2倍,Al原子的损失量比Ti原子大,Al/(Al+Ti)和(Al+Ti)/N的值减小。N2分压增大,膜层中Al、Ti原子含量减少,质量较轻的Al原子损失量大。基体温度提高,膜层中Al、Ti原子含量增加,(Al+Ti)/N比值增大。　　结合力和显微硬度分析表明:TiN薄膜的膜-基结合力为41N,显微硬度为2350HV。TiN薄膜中Ti/N原子含量比接近1,生成较多的Ti-N饱和键,显微硬度较高。TiAlN薄膜的膜-基结合力可达78N,显微硬度可达2915HV。Al靶电流增大,膜-基结合力和显微硬度呈现先增大后减小的趋势。Al靶电流增大,膜层中的缺陷减少,晶粒细化,致密度提高,膜-基结合力提高;膜层中出现Ti3AlN硬相、Al原子替代Ti原子位置引起的晶格畸变以及 Al原子细化膜层晶粒共同作用,使膜层的显微硬度提高。当膜层中出现过多的非晶相的 AlN软相,引起严重的晶格畸变,内应力增大,膜层结构疏松,膜-基结合力和显微硬度降低。基体负偏压增大,膜层中粒子的扩散和迁移能力提高,膜层致密度提高,膜-基结合力和显微硬度增大;但负偏压过大,离子对膜层的刻蚀作用严重,膜层结构被破坏,膜层变薄,膜-基结合力和显微硬度下降。N2分压增大,粒子在膜层中的扩散和迁移能力下降,膜层晶粒尺寸增大、结构疏松、致密度下降,膜-基结合力和显微硬度下降。基体温度提高,到达膜层粒子获得的能量增大,原子反应充分,有利于反应沉积Ti3AlN相的膜层,粒子在膜层表面的迁移和扩散能力增强,膜层晶粒细化,致密度提高,膜-基结合力和显微硬度提高。沉积时间变化,膜层厚度变化,影响膜-基结合力和显微硬度。　　沉积速率分析表明:TiN薄膜厚度为2.50μm,沉积速率为0.50μm/h。TiAlN薄膜的膜层厚度可达5μm,沉积速率可达1μm/h。Al靶电流增大,Al靶的溅射效率提高,到达基体表面的原子数量和动能增大,膜层缺陷减少,膜层厚度和沉积速率增大。基体负偏压增大,膜层的厚度和沉积速率呈现先增大后减小的趋势。当负偏压过大,膜层被高能Ar+严重刻蚀,膜层厚度和沉积速率都显著下降。N2分压增大,Ar气分压比例降低,金属靶材的溅射效率下降,到达膜层的粒子数量和动能降低,膜层厚度和沉积速率下降。基体温度提高,膜层原子的能量增加,有利于反应沉积膜层,膜层厚度和沉积速率提高。　　薄膜颜色分析表明:Ti靶电流为24A的TiN薄膜为金黄色,光泽度较好。Al靶电流增大,膜层中黑色的AlN相增多,TiAlN薄膜的颜色变化为黄紫色、紫红色、紫黑色、黑色,光泽度降低。基体负偏压增大,TiAlN薄膜中原子质量较轻的Al原子损失量大,膜层变薄,颜色变浅,紫黑色变为紫红色,光泽度提高。沉积时间增加,膜层颜色加深,光泽度降低。