在同一次雙靶共濺射過程中，通過改變基體相對于靶材的位置制備了不同化學(xué)成份TiAl系金屬間化合物薄膜。采用EDS、XRD、SEM、AFM等手段對薄膜的成分、物相結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了表征，并對薄膜的高溫摩擦行為進(jìn)行了分析研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：薄膜的化學(xué)成分、物相結(jié)構(gòu)、表面形貌都隨著濺射位置的改變而發(fā)生變化，500℃以下時(shí)位于雙靶中間位置的薄膜具有體系中z*佳的性能。
　　
　　Ti-Al系金屬間化合物薄膜是一類典型的硬質(zhì)薄膜，因具有很好的抗氧化性和高溫耐磨性而受到廣泛的關(guān)注,目前這類薄膜的制備多采用復(fù)合靶濺射的方法。因?yàn)門i-Al系金屬間化合物種類較多且物相性能各異,而采用復(fù)合靶制備的薄膜成分較單一,所以欲獲得大范圍成分變化的薄膜就得更換靶材多次濺射,非但增加了薄膜制備的成本，而且給系統(tǒng)性的研究這類薄膜帶來一定的困難。本實(shí)驗(yàn)采用純金屬鋁和鈦(純度均為99.99%)作為雙靶，通過改變基體相對于靶材的濺射位置，在同一次濺射過程中，制備了一系列大范圍成份變化的Ti-Al系金屬間化合物薄膜。通過對不同位置制備薄膜的物相結(jié)構(gòu)、形貌、以及高溫摩擦行為差異的分析，探索其減摩耐磨機(jī)理。
　　
　　1、試樣制備與試驗(yàn)方法
　　
　　1.1、基體預(yù)處理
　　
　　基體材料選擇0Cr25Ni20耐熱不銹鋼。將塊體切割成20mm×20mm×8mm樣塊，除油，拋光打磨至鏡面(粗糙度Ra0.3μm)后用丙酮清洗,在真空干燥箱中烘干待用。
　　
　　1.2、薄膜制備
　　
　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用PSII型雙放電腔微波ECR等離子體增加沉積儀，濺射靶材選用純度均為99.99%且大小尺寸相同的純金屬Al靶和Ti靶，雙靶之間相對呈90°放置，雙靶與試樣臺之間的角度均為45°，工作氣體為純度≥99.99%的氬氣，各基體按圖1放置。

　　 　　
　　如圖1所示，為系統(tǒng)地研究不同濺射位置薄膜結(jié)構(gòu)、形貌以及性能的差異，將試樣臺平均劃分為6個(gè)區(qū)域，分別將z*靠近鈦靶和鋁靶的位置標(biāo)為P1和P6。將12個(gè)試樣分別沿試樣臺中心線按2個(gè)/區(qū)域的辦法平均放置，并從S1到S12進(jìn)行標(biāo)號，其中z*靠近鈦靶的試樣標(biāo)為S1而z*靠近鋁靶的試樣標(biāo)為S12。濺射在室溫下進(jìn)行，雙靶均采用水冷，對所有試樣進(jìn)行100W，20min的反濺清洗后送入主濺射倉中濺射，濺射時(shí)本底真空度抽至高于5×10-4Pa，濺射工作氣壓為0.13Pa，雙靶功率均為300W，濺射時(shí)間為2h，濺射過程中，試樣臺不旋轉(zhuǎn)。
　　
　　由于在同一次濺射過程中，各位置其它濺射參數(shù)完全相同，薄膜厚度對其性能結(jié)構(gòu)的影響大致相當(dāng)，因此可以在忽略厚度等因素影響的前提下，對Ti-Al基金屬間化合物薄膜的物相組成、表面形貌進(jìn)行分析，并對其摩擦特性進(jìn)行評價(jià)。
　　
　　1.3、薄膜表征與性能檢測
　　
　　分別采用JXA-840A型SEM(附帶EDS)，D/max/2400型XRD，F(xiàn)UB/SX型AFM以及DCMAX型納米硬度計(jì)等設(shè)備對薄膜的化學(xué)成分、物相結(jié)構(gòu)，表面和側(cè)向形貌及磨痕形貌等進(jìn)行表征；使用UMT-2型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對薄膜的高溫摩擦磨損性能進(jìn)行評價(jià)。
　　
　　3、結(jié)論
　　
　　(1)在同一次濺射過程中制備TiAl系金屬間化合物薄膜的化學(xué)成分隨濺射位置的改變而變化；
　　
　　(2)隨著熱處理溫度的變化，不同位置制備的薄膜分別出現(xiàn)了α-Ti，無序固溶體(TiAl)，有序相γ-TiAl和中間相Al3Ti等多種不同的組織結(jié)構(gòu)；
　　
　　(3)中間位置制備的薄膜擁有體系中z*佳的表面形貌、硬度及粗糙度；
　　
　　(4)溫度在500℃以下時(shí)，中間位置制備的薄膜擁有體系中z*佳的耐磨減摩性能；
　　
　　(5)當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)，整個(gè)體系的薄膜耐磨減摩性能因氧化而下降。