Abstract
本研究是以反應式濺鍍及氮離子佈植方式, 將(Ti,Al)N薄膜鍍覆於工具鋼表面, 以拓展工具鋼之壽命. 所用的鈦鋁複合靶材是將熔融的鋁填入純鈦靶中, 經由控制鈦鋁複合靶材中鋁與鈦的面積比, 可鍍覆出各種成份均勻之(Ti,Al)N薄膜.所鍍覆出之(Ti,Al)N薄膜, 其相與結晶結構經由低掠角X光繞射鑑定為一B1之立方結構.在(Ti,Al)N固溶體中, 因較小的鋁取代鈦在氮化鈦中之面心位置. 使得(Ti,Al)N之晶格常數隨鋁含量之增加而減少. 鋁的濺射率約為鈦之二倍. 因而(Ti,Al)N鍍膜之沉積速率與表面粗糙度隨鋁含量之增加而增加.經六百度於含氧的氣氛中氧化, (Ti,Al)N表面形成結晶之氧化鈦與非晶形之氧化鋁. 由於(Ti,Al)N中之鋁離子在氧化時向外擴散形成非晶形之氧化鋁, 使得(Ti,Al)N之抗氧化性隨鋁含量之增加而增加. 經由鋁的加入, (Ti,Al)N三元化合物鍍層之硬度質較傳統之氮化鈦為高. 鍍膜殘留應力亦隨鋁含量增加而上升. (Ti,Al)N鍍於工具鋼之黏著性甚佳, 在直接拉伸測試時, 所有斷裂皆在黏膠處. 在括痕測試時, 因硬度與外加壓痕能量隨鋁成份之增加而增加. 使得音洩強度增強而(Ti,Al)N薄膜破裂之臨界荷重隨之下降.在氮離子佈植之研究中, 先將鈦鋁薄膜濺鍍於工具鋼表面, 再施以氮離子佈植. 佈植後, 在鈦與鈦鋁膜表面,形成一氧化鈦薄層. 於氧化層下, 鈦與鈦鋁膜分別行成氮化鈦與 (Ti,Al)N之氮化層. 此外, 鈦膜佈植後在更裡層形成Ti2N的化合物, 而鈦鋁鍍膜只有少量之Ti2N, 因此所得之表面硬度隨鋁含量增加而稍降.