使用劃痕儀對(duì)多弧離子鍍制備的TiN/TiCrN/TiCrAlN 復(fù)合薄膜進(jìn)行了劃痕實(shí)驗(yàn)，結(jié)合金相顯微鏡觀察分析劃痕表面形貌，綜合判定了該復(fù)合薄膜的膜基結(jié)合力。結(jié)果表明，該薄膜的失效形式為周邊剝落;單一的聲信號(hào)曲線不能準(zhǔn)確判定薄膜失效的臨界載荷，需要聲信號(hào)曲線與劃痕形貌的綜合判定。

　　薄膜與基體良好的結(jié)合是保證薄膜滿足機(jī)械、物理和化學(xué)等使用性能的基本前提，結(jié)合性能的好壞是評(píng)價(jià)薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，薄膜材料的界面結(jié)合性能的測(cè)定在實(shí)際應(yīng)用中具有非常重要的意義。

　　目前，對(duì)于薄膜與基體間結(jié)合性能的判定采用壓痕法、劃痕法、拉伸法、鼓脹法、彎曲法、激光法等多種測(cè)量方法。但是，由于膜/ 基體系的復(fù)雜性及多樣性，至今尚無(wú)一種方法可以應(yīng)用于任何一種膜/ 基體系。

　　劃痕法測(cè)量膜基結(jié)合力通常適用于厚度在0.1-20μm 的薄膜，并且只有當(dāng)薄膜的抗剪切強(qiáng)度大于膜/ 基界面的結(jié)合強(qiáng)度時(shí)才有實(shí)際意義。對(duì)于該類(lèi)薄膜在劃痕實(shí)驗(yàn)測(cè)量膜/ 基結(jié)合力時(shí)，常出現(xiàn)薄膜的斷裂、剝落等失效形式。真空技術(shù)網(wǎng)(http://bjjyhsfdc.com/)認(rèn)為劃痕法是測(cè)定膜基結(jié)合力較為廣泛、也是研究使用較多的一種方法。

　　劃痕法所采用的劃痕儀種類(lèi)繁多，目前以測(cè)定劃痕時(shí)所發(fā)出的聲信號(hào)為主流。然而薄膜或基體的缺陷對(duì)聲信號(hào)產(chǎn)生的干擾，使得劃痕時(shí)薄膜的失效與聲信號(hào)之間難以準(zhǔn)確吻合，尤其是使用多弧離子鍍制備的薄膜，不可避免的會(huì)有金屬液滴的存在，其聲信號(hào)更容易受到干擾。如何準(zhǔn)確的判定臨界載荷便成了劃痕法測(cè)定膜基結(jié)合力的關(guān)鍵問(wèn)題。為此，許多學(xué)者采用了其他直接或間接的信息，再結(jié)合聲信號(hào)對(duì)薄膜失效的臨界值進(jìn)行精準(zhǔn)的判定。

　　本研究以多弧離子鍍制備的TiN/TiCrN/TiCrAlN 復(fù)合薄膜為對(duì)象，根據(jù)劃痕儀所收集的聲信號(hào)數(shù)據(jù)、摩擦力數(shù)據(jù)、摩擦系數(shù)數(shù)據(jù)，在金相顯微鏡下觀察分析劃痕形貌來(lái)綜合判定膜基結(jié)合力，為膜基結(jié)合力的判定提供一個(gè)準(zhǔn)確可信的準(zhǔn)則。

　　1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1、樣品制備

　　樣品制備所用鍍膜設(shè)備為北京天瑞星真空技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司研發(fā)的TRX-3(A)型多功能真空離子鍍膜機(jī)。利用Ti、Al、Cr 三種金屬單質(zhì)靶材， 在高速鋼(W18Cr4V) 表面逐層鍍制TiN、TiCrN、TiCrAlN 薄膜。待鍍基體試樣經(jīng)過(guò)拋光、除油、超聲波清洗及脫水處理， 當(dāng)鍍膜室背本底真空度達(dá)到3.0×10^-3 Pa、溫度達(dá)到220℃時(shí)通入反應(yīng)氣體N2，N2 壓力為6.0×10^-1 Pa。預(yù)轟擊清洗在-600V 偏壓下進(jìn)行5min，之后在-200V 偏壓下進(jìn)行鍍膜實(shí)驗(yàn)。各靶電流和與沉積時(shí)間如表1 所示。

表1 靶電流及沉積時(shí)間

　　1.2、劃痕實(shí)驗(yàn)

　　本研究采用了中科院蘭州化學(xué)物理研究所研發(fā)設(shè)計(jì)的MFT-4000 多功能材料表面性能測(cè)試機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為劃痕儀)對(duì)樣品進(jìn)行劃痕實(shí)驗(yàn)，劃痕儀在測(cè)試過(guò)程中可以采集到聲信號(hào)和切向摩擦力、摩擦系數(shù)。

　　將待測(cè)樣品水平固定在載物臺(tái)夾具上，隨機(jī)選定樣品表面三處位置，選定合適的測(cè)定參數(shù)后進(jìn)行劃痕實(shí)驗(yàn)，劃痕儀選用參數(shù)如表2 所示。劃痕儀在完成一道劃痕時(shí)所取得的聲信號(hào)、摩擦力、摩擦系數(shù)曲線如圖1(a)所示。

表2 劃痕儀參數(shù)

　　3、結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)多弧離子鍍方法鍍制的TiN/TiCrN/TiCrAlN 復(fù)合薄膜的劃痕形貌與劃痕儀曲線進(jìn)行綜合分析，得出以下結(jié)論：

　　1、僅利用聲信號(hào)曲線并不能準(zhǔn)確地判定出膜基結(jié)合力，必須將聲信號(hào)曲線與劃痕形貌二者相結(jié)合，綜合判定薄膜失效的臨界值。

　　2、通過(guò)薄膜表面的劃痕形貌判定該薄膜的失效形式為周邊剝落。