Page 33 - 《真空与低温》2025年第5期

572 真空与低温 强度 第 31 卷 第 5 期

时，涂层厚度为 1.6 μm，此时电场强度较低，带电粒 大的动能，到达靶材表面的时间缩短，因此沉积速
子在该电场下未能获得足够高的动能，导致靶材原 率提高；当偏压增加到−150 V 时涂层厚度下降到
子到达基体表面的时间较长，因此沉积效率低；当 1.4 μm，如图 4（c）所示，这是因为过高的偏压使带
偏压增加到−100 V 时，涂层厚度达到 1.8 μm，这是 电粒子轰击基体表面时引起反溅射导致涂层厚度
因为靶材元素电离后在更强的电场环境下获得更 下降。

Pits
MPs

10 μm 10 μm 10 μm

（a）−50 V （b）−100 V （c）−150 V

图 3 不同偏压下沉积的 TiAlN 涂层表面形貌图
Fig. 3 Surface topography of TiAlN coating deposited under different bias voltage

1.6 μm 1.8 μm 1.4 μm

基底 2 μm 基底 2 μm 基底 2 μm
（a）−50 V （b）−100 V （c）−150 V

图 4 不同偏压下沉积的 TiAlN 涂层截面形貌图
Fig. 4 The sectional morphology of TiAlN coating deposited under different bias voltage

图 5 为 不 同 偏 压 下 沉 积 的 TiAlN 涂 层 XRD 子的选择性蚀刻或反溅射影响沉积过程中（Ti，Al）
[20]
图 谱， 由 于 X 射 线 的 穿 透 深 度 大 于 涂 层 厚 度 ， N 的（111）晶面生长 。

XRD 图谱呈现涂层的主要衍射峰以及少数基底 TiN AlN
峰。TiN 和 AlN 的形成能分别为−305.6 kJ/mol 和 （111） （111） −150 V
−241.6 kJ/mol，在 Ti、Al 和 N 原子体系中优先形成
−100 V
立方 TiN [19-20] 。但 Al 原子可置换 TiN 中的部分 Ti 强度 （ 200 ）

原子形成（Ti，Al）N 固溶体，（Ti，Al）N 仍保持面心 −50 V
立方（fcc）晶体结构。（Ti，Al）N 衍射峰的取向受偏
基底
压的影响较大。根据能量最小原理，晶面生长倾向
于沿由表面和应变能决定的自由能最低的平面生
30 40 50 60 70
长。当偏压为−50 V 时，在 42.7°的 2θ 处出现（200） 2θ/（°）
衍射峰。随着偏压升到−100 V，较高的离子轰击能
图 5 不同偏压下沉积的 TiAlN 涂层 XRD 图谱
量导致吸附在衬底上的原子能量更高，晶格畸变和
Fig. 5 XRD pattern of TiAlN coatings deposited at
原子迁移率增加，使原子更容易迁移至能量更低的
different bias voltage
[21]
位置 。（111）面作为密排面，表面能最低，为热力
学稳定取向。所以在高偏压下，（Ti，Al）N 的晶面 图 6 为不同偏压下沉积的 TiAlN 涂层洛氏压
取向从（200）面变为（111）面，（200）面衍射峰消失。 痕形貌图，不同偏压下沉积的涂层都表现出优异的
当偏压进一步增加到−150 V 时，（Ti，Al）N 的（111） 附着力。在凹坑周围没有观察到分层，并且在压痕
取向的强度略有下降，这可能是因为在高偏压下离 周围也没有观察到分层，说明涂层与基体之间的结