.1624· 北京科技大学学报 第35卷 GH1109基体 TiA1SN涂层 15kV×10.00 SEM-KING 2.5 mi 25u4 图2TiA1SiN涂层界面形貌与线扫描分析结果.(a)结合界面：(b)涂层元素线扫描分析结果：(C)基体元素线扫描分析结果 Fig.2 Interface morphology and line scanning analysis results of the TiAlSiN coating:(a)bonding interface;(b)line scanning analysis results of coating elements;(c)line scanning analysis results of substrate elements 12000 TiSi, 长大，形成Veprek等提出的纳米品镶嵌于非晶基 10000 体中的纳米晶品涂层结构母，从而使TiAISiN涂层力 ■(Ti,AI)N 学性能得到提高 8000 TiA1SiN涂层 2.3表面粗糙度 6000 采用Veeco Wyko NT1100型光学轮廓仪测试 4000 TiA1SN涂层表面粗糙度，其结果如图4所示.测 2000 基体 试参数：放大倍率51.40，测量方式为垂直扫描干 0- 涉(VSI),取样163.42nm,组数大小为736×480. 0102030405060708090100 TiAlSiN涂层表面粗糙度测量结果：表面轮廓算术 衍射角29/() 平均偏差R。为194.57nm,轮廓的平均高度R,为 图3涂层和基体的X射线衍射谱 1.06m,轮廓的总高度Rt为99.07um,如图4(a) Fig.3 XRD patterns of the TiAlSiN coating and substrate 和(b)所示.涂层表面粗糙度较低，只有少数尺寸 式溶于TN晶格中形成(Ti,A1)N,还有部分以AIN 不等、形貌相近的宏观颗粒.涂层表面存在着粗糙 方式存在.X射线衍射谱线中出现TSiz和SiNz 的凹坑，使得表面粗糙度值有所增大，但是表面粗 衍射峰，说明涂层形成TiSic和SiNz化合物，馒 糙度值主要分布在零线左右，如图4（©）所示.由于 头峰的SNz是以无定形的非晶态物质为主，为非 镀膜过程中，呈等离子态的阴极弧斑刻蚀靶材表面， 晶态.这是由于高速溅射沉积在基体表面的涂层， 靶材表面会喷溅出呈熔融态的靶材微粒，堆积在试 快速冷却，来不及结晶，从而以无定形态存在于涂 样表面产生大颗粒，对于涂层组织、性能有不利的 层中，具有分隔(Ti,A)N纳米晶微结构的作用10. 影响可.金属液滴可直接喷溅在试样表面，造成表 另外Si原子与Ti原子结合生成TSiz,以界面相形 面粗糙度有所升高，可以通过磁偏转装置控制涂层 式存在于(Ti,A1)N晶粒之间，阻止(Ti,AI)N晶粒的 表面微粒数量和尺寸，达到降低表面粗糙度的目的. 91 3.0 (a) (b) .5 (c) 7 0.0 2 -20 50 新1.5 401.0 30 0 0.5 0 0.0 -80 -60 -40-20020 0 20 406080100120 长度/μm 高度/μm 图4涂层表面粗糙度分析结果.(a)粗糙度3D形貌：(b)粗糙度2D形貌：(c)粗糙度值分布示意图 Fig.4 Analysis results of coating surface roughness:(a)3D morphology of roughness;(b)2D morphology of roughness;(c) distribution of roughness values· 1624 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 图 2 TiAlSiN 涂层界面形貌与线扫描分析结果. (a) 结合界面; (b) 涂层元素线扫描分析结果; (c) 基体元素线扫描分析结果 Fig.2 Interface morphology and line scanning analysis results of the TiAlSiN coating: (a) bonding interface; (b) line scanning analysis results of coating elements; (c) line scanning analysis results of substrate elements 图 3 涂层和基体的 X 射线衍射谱 Fig.3 XRD patterns of the TiAlSiN coating and substrate 式溶于 TiN 晶格中形成 (Ti,Al)N，还有部分以 AlN 方式存在. X 射线衍射谱线中出现 TiSix 和 SiNx 衍射峰，说明涂层形成 TiSix 和 SiNx 化合物，馒 头峰的 SiNx 是以无定形的非晶态物质为主，为非 晶态. 这是由于高速溅射沉积在基体表面的涂层， 快速冷却，来不及结晶，从而以无定形态存在于涂 层中，具有分隔 (Ti,Al)N 纳米晶微结构的作用 [10] . 另外Si 原子与 Ti 原子结合生成 TiSix，以界面相形 式存在于 (Ti,Al)N 晶粒之间，阻止(Ti,Al)N晶粒的 长大，形成 Veprek 等提出的纳米晶镶嵌于非晶基 体中的纳米晶涂层结构 [8]，从而使 TiAlSiN 涂层力 学性能得到提高. 2.3 表面粗糙度 采用 Veeco Wyko NT1100 型光学轮廓仪测试 TiAlSiN 涂层表面粗糙度，其结果如图 4 所示. 测 试参数：放大倍率 51.40，测量方式为垂直扫描干 涉 (VSI)，取样 163.42 nm，组数大小为 736×480. TiAlSiN 涂层表面粗糙度测量结果：表面轮廓算术 平均偏差 Ra 为 194.57 nm，轮廓的平均高度 Rq 为 1.06 µm，轮廓的总高度 Rt 为 99.07 µm，如图 4(a) 和 (b) 所示. 涂层表面粗糙度较低，只有少数尺寸 不等、形貌相近的宏观颗粒. 涂层表面存在着粗糙 的凹坑，使得表面粗糙度值有所增大，但是表面粗 糙度值主要分布在零线左右，如图 4(c) 所示. 由于 镀膜过程中，呈等离子态的阴极弧斑刻蚀靶材表面， 靶材表面会喷溅出呈熔融态的靶材微粒，堆积在试 样表面产生大颗粒，对于涂层组织、性能有不利的 影响 [7] . 金属液滴可直接喷溅在试样表面，造成表 面粗糙度有所升高，可以通过磁偏转装置控制涂层 表面微粒数量和尺寸，达到降低表面粗糙度的目的. 图 4 涂层表面粗糙度分析结果. (a) 粗糙度 3D 形貌; (b) 粗糙度 2D 形貌; (c) 粗糙度值分布示意图 Fig.4 Analysis results of coating surface roughness: (a) 3D morphology of roughness; (b) 2D morphology of roughness; (c) distribution of roughness values