题目：Nb+C离子注入磁过滤电弧离子镀TiN薄膜研究

TiN薄膜是二十世纪八十年代以来发展最快的一种硬质薄膜，在机械加工行业获得了广泛的应用。电弧离子镀由于沉积温度低、残余应力小，离化率高等特点，是目前PVD沉积方法里应用最为广泛的沉积技术。磁过滤电弧离子镀则进一步改善了TiN薄膜的性能。离子注入技术不受热力学平衡条件的限制，能够在表面形成细小晶体相。因此有望通过离子注入优化磁过滤电弧离子镀TiN薄膜的性能。实验首先采用磁过滤电弧离子镀方法在高速钢和硬质合金基体上沉积TiN薄膜，然后通过离子注入Nb以及Nb+C对TiN薄膜进行表面改性。用TRIM程序模拟了离子注入TiN薄膜的过程。采用掠入射X射线衍射、同步辐射掠入射X射线衍射、TEM研究了离子注入前后TiN薄膜结构的变化。结果表明：离子注入增大了TiN薄膜的压应力、晶格常数，并使TiN的衍射峰向低角度偏移，择优取向面发生变化。未注入的TiN薄膜的外表层为多晶结构，出现了TiN相和Ti2N相的衍射峰。离子注入5×1017 Nb后，TiN薄膜外表层的Ti2N相消失，生成了Nb4N5。注入5×1017 Nb+5×1017 C的TiN外表层新出现了TiC相和C0.3N0.7Ti相。离子注入5×1017 Nb的TiN薄膜的亚表面层为单晶TiN，同时存在少许TiN纳米微晶，不存在Ti2N相。通过显微硬度计、SRV磨损实验分析了薄膜离子注入前后的硬度、摩擦磨损性能的变化，并对其机理进行了分析和研究。其中离子注入Nb的磨损机理为磨粒磨损，离子注入5×1017 Nb的样品的显微硬度最高、减摩效果最好、其抗磨效果也最好。