靶电(dian)流(liu)对磁控溅(jian)射制(zhi)备TiB2薄膜(mo)结构(gou)及(ji)性(xing)能(neng)的影(ying)响(xiang)

前(qian)言

传统(tong)刀具难(nan)以(yi)满足(zu)高速切(qie)削过程中(zhong)冲(chong)击载(zai)荷对刀具(ju)造(zao)成的性能下(xia)降(jiang)过快(kuai)及难(nan)以(yi)实现(xian)精(jing)密度加(jia)工的(de)问题(ti)，通过(guo)在刀(dao)具表面沉(chen)积制(zhi)备一层硬质(zhi)薄(bao)膜(mo)，使(shi)得切(qie)削刀(dao)具同时(shi)具有(you)高强(qiang)度(du)和(he)高韧性，以此(ci)削(xue)弱冲(chong)击载荷对(dui)刀具性(xing)能(neng)的影响，使(shi)其(qi)能够(gou)承受更(geng)快(kuai)的切削(xue)速(su)度(du)，实(shi)现更为(wei)精密的加工需(xu)求。而随着工(gong)艺(yi)的进(jin)步(bu)和要求的提(ti)高，现有的TiN、TiC等刀(dao)具(ju)防(fang)护薄(bao)膜面(mian)对(dui)越(yue)来(lai)越高的(de)切(qie)削速(su)度及更(geng)高的(de)加(jia)工(gong)温度也(ye)显得(de)越来越力不(bu)从心。切(qie)削刀(dao)具防(fang)护薄膜的(de)发展(zhan)现已成为制(zhi)约(yue)我(wo)国高速(su)、高精密(mi)切削(xue)制造发展(zhan)的一大(da)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)，而(er)这(zhe)其中摩擦磨(mo)损是(shi)造(zao)成(cheng)切削(xue)刀具(ju)失效的重要(yao)因(yin)素。抗(kang)磨损(sun)技术的(de)应(ying)用不(bu)仅可(ke)以降低(di)能(neng)源、材(cai)料(liao)的损耗(hao)，并且对提高(gao)切(qie)削加工(gong)速(su)度(du)及工(gong)艺(yi)精度(du)也有极大(da)的帮助。

TiB₂是一种较为常(chang)见(jian)的硬质(zhi)陶瓷(ci)[1]，不仅(jin)具有(you)高(gao)硬(ying)度(du)[1-2]、出色的化学(xue)惰性(xing)[1]、耐(nai)高(gao)温(wen)[2]及(ji)同(tong)常见硬(ying)质刀具基(ji)体(ti)具有较强(qiang)的(de)膜基结(jie)合(he)力(li)等(deng)理(li)化(hua)性能，还具有耐(nai)氧(yang)化、耐磨损[3]以及同有(you)色金属间(jian)化(hua)学(xue)亲(qin)和(he)力(li)低[2,4]等(deng)特(te)性(xing)，可(ke)显著(zhu)减少(shao)切(qie)削(xue)过程(cheng)中刀具的损(sun)耗(hao)、氧化失效以及因磨屑(xie)堆(dui)积与界面结合(he)而导致(zhi)的磨损(sun)加(jia)剧(ju)等(deng)问题(ti)。同时，TiB₂具有(you)与常(chang)见(jian)金(jin)属(shu)相近的(de)热膨胀(zhang)系数(shu)，使得(de)其(qi)不仅能够(gou)在常温(wen)下对沉(chen)积(ji)包覆的基材起到(dao)保护(hu)作(zuo)用，而且(qie)也(ye)能在(zai)高(gao)温(wen)及(ji)热(re)循(xun)环(huan)过程中对材(cai)料(liao)起(qi)到(dao)较好的减磨(mo)效果(guo)，可(ke)缓(huan)解(jie)在(zai)高速(su)、重负载以(yi)及热(re)流屑等(deng)综(zong)合(he)因(yin)素(su)影(ying)响下，刀具(ju)表面(mian)产生(sheng)的凹坑(keng)磨损、元(yuan)素(su)迁(qian)移及高(gao)温(wen)氧化等(deng)不(bu)利影响(xiang)，确(que)保(bao)刀(dao)具在极(ji)端(duan)使用(yong)条件下仍具有优异的(de)性(xing)能(neng)表(biao)现。此(ci)外，TiB₂满足(zu)刀具高(gao)速切削、耐磨损(sun)及(ji)防冷焊等方面的(de)应(ying)用(yong)需求(qiu)，因此(ci)被(bei)广泛应用(yong)于切削(xue)刀具防(fang)护(hu)薄(bao)膜、高温模具以及航空耐(nai)高(gao)温材(cai)料(liao)[5]等(deng)领(ling)域(yu)。

当前，制备TiB₂薄(bao)膜的方法(fa)主要(yao)有(you)：大(da)气等(deng)离子喷(pen)涂（Atmospheric plasma spraying,APS）[5-6]、放电(dian)等离(li)子(zi)烧(shao)结(jie)技术（Spark plasma sintering,SPS）[5,7]、化(hua)学气相沉(chen)积（Chemical vapor deposition,CVD）[8]、溶胶(jiao)-凝胶法(fa)（Solution-gelmethod,SOL-GEL）[8]，以(yi)及物(wu)理(li)气相(xiang)沉积(ji)（Physical vapor deposition，PVD）[2,9-12]等(deng)，不(bu)同(tong)工(gong)+艺制备的(de)TiB₂薄膜(mo)的性能(neng)表(biao)现存在较大(da)差异(yi)。谢刚(gang)等[6]通过大气(qi)等(deng)离子(zi)喷涂(tu)在(zai)阴(yin)极炭块(kuai)上制备(bei)了TiB₂薄(bao)膜，发(fa)现相(xiang)较于直流磁(ci)控溅射(she)制(zhi)备(bei)的(de)TiB₂具有较(jiao)高的(de)孔(kong)隙率，且存(cun)在一(yi)定的(de)氧化(hua)产物(wu)。

PESHEV[13]通(tong)过(guo)采(cai)用B2H6作为反应(ying)B源制(zhi)备了具(ju)有(you)较好绕镀性的(de)TiB₂薄(bao)膜(mo)，但(dan)相较(jiao)于直流磁控溅射(she)，反(fan)应(ying)B源为(wei)剧(ju)毒物质(zhi)且(qie)易(yi)爆(bao)，使(shi)用存在(zai)安全风险。

蒙延双(shuang)等[8]通(tong)过溶(rong)胶-凝胶(jiao)制备了性能(neng)稳(wen)定且耐(nai)腐蚀的TiB₂薄(bao)膜(mo)，但(dan)相较(jiao)于(yu)直流磁(ci)控(kong)溅(jian)射制备的(de)薄膜(mo)膜基结(jie)合(he)强(qiang)度存(cun)在一定(ding)的不足。此外(wai)，直(zhi)流磁控溅射(she)技(ji)术(shu)相(xiang)较(jiao)阴(yin)极电弧(hu)离子镀膜(mo)技(ji)术，具(ju)有制(zhi)备的薄膜(mo)表面(mian)无大(da)液滴(di)、形(xing)貌光洁[14]的(de)特点(dian)；与真空蒸(zheng)发镀相比，具有(you)溅(jian)射粒子能(neng)量大、沉积薄膜(mo)膜(mo)基(ji)结(jie)合强度(du)高(gao)、厚(hou)度(du)均(jun)匀(yun)等(deng)优点(dian)[14]。磁(ci)控(kong)溅射工(gong)艺(yi)中(zhong)靶电流的(de)大小是(shi)影(ying)响(xiang)薄膜(mo)性能的(de)重(zhong)要参(can)数(shu)。靶电(dian)流(liu)的(de)变(bian)化不(bu)仅会(hui)使(shi)得靶材(cai)粒(li)子溅(jian)射(she)量(liang)受(shou)到影响(xiang)，还(hai)将会(hui)进一(yi)步(bu)影响薄(bao)膜(mo)中(zhong)元(yuan)素的化(hua)学计(ji)量(liang)比(bi)、结(jie)晶度(du)等(deng)，并导致薄膜力学(xue)性能及摩擦学(xue)性(xing)能的(de)差异[14]。

直(zhi)流(liu)磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)（Directcurrentmagnetronsputtering,DCMS）技术属于物(wu)理气相(xiang)沉积的一种(zhong)，具(ju)有(you)成(cheng)膜(mo)孔隙率低、绕镀性(xing)好(hao)、膜基结(jie)合强度高(gao)以(yi)及(ji)薄(bao)膜沉积(ji)厚(hou)度(du)均匀等(deng)特(te)性[14]。靶(ba)材(cai)激发(fa)溅射(she)过程(cheng)中(zhong)大(da)量能量以(yi)热能形(xing)式耗(hao)散，导致(zhi)腔室(shi)温(wen)度受靶(ba)电(dian)流(liu)影响显(xian)著，在较强电(dian)流条件下(xia)沉积(ji)的(de)薄膜(mo)会因此(ci)具有较高的(de)残(can)余(yu)应力[14-15]，进而(er)对(dui)薄(bao)膜(mo)力(li)学(xue)性能(neng)及摩(mo)擦学性能产生影(ying)响[16]。HELLGREN等[17]研(yan)究了气压和温(wen)度对直(zhi)流磁控(kong)溅(jian)射(she)沉(chen)积TiB₂薄(bao)膜的影响(xiang)。

结果显(xian)示(shi)，随着(zhe)沉积(ji)温度升(sheng)高(gao)，薄膜B/Ti化学计量增大，而随(sui)着(zhe)气压(ya)增(zeng)加(jia)，薄膜(mo)中B/Ti化学计(ji)量减(jian)小；ZHANG等[18]通过改变(bian)直流磁控(kong)溅(jian)射(she)过程中腔(qiang)室内(nei)沉(chen)积温(wen)度(du)的(de)方式，研(yan)究(jiu)了(le)沉(chen)积温(wen)度(du)对TiB₂薄膜的(de)结(jie)构和(he)性(xing)能(neng)的影响(xiang)。结果显(xian)示(shi)，随(sui)着沉积温度的提高(gao)，沉积薄(bao)膜的硬(ying)度及(ji)抗磨(mo)损(sun)性(xing)能(neng)得到了增强(qiang)。

当(dang)前(qian)，已(yi)有(you)学者(zhe)探究了直流磁控溅射技(ji)术(shu)沉(chen)积TiB₂薄膜(mo)过(guo)程(cheng)中沉(chen)积温(wen)度以(yi)及偏压改变对薄(bao)膜(mo)性能的(de)影(ying)响(xiang)，但靶(ba)电流条(tiao)件的影(ying)响(xiang)却(que)较少(shao)得到人(ren)们(men)的(de)关(guan)注(zhu)。本文(wen)采(cai)用直流(liu)磁控溅射(she)技(ji)术(shu)，探(tan)究(jiu)了(le)不同靶电流条件(jian)下(xia)，沉积(ji)的TiB₂薄膜结(jie)构(gou)与(yu)性(xing)能(neng)的差异及(ji)其影(ying)响(xiang)机(ji)理，并(bing)筛(shai)选出(chu)综(zong)合(he)性能最(zui)佳的(de)靶电(dian)流条(tiao)件(jian)，以(yi)应(ying)用于(yu)切(qie)削刀(dao)具防(fang)护(hu)薄(bao)膜(mo)[19]等，改(gai)善(shan)刀(dao)具在高(gao)速切(qie)削(xue)时(shi)面临的(de)极(ji)端高(gao)温及冲(chong)击载荷(he)对其(qi)的(de)不利(li)影响(xiang)，缓解(jie)刀(dao)具(ju)在极(ji)端服役工(gong)况(kuang)下(xia)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)过快衰(shuai)减及(ji)刀具失效(xiao)等(deng)问(wen)题(ti)。

1、试(shi)验准备

1.1薄膜(mo)制(zhi)备(bei)

试验使(shi)用(yong)TeerCF-800型(xing)直(zhi)流(liu)磁(ci)控(kong)溅射镀(du)膜设(she)备，采用闭(bi)合(he)磁场设计和(he)非平衡稳(wen)态直流磁控(kong)溅射技术进(jin)行(xing)薄(bao)膜(mo)的(de)制备。极性(xing)相(xiang)反(fan)的靶(ba)头(tou)之(zhi)间(jian)相(xiang)互吸引(yin)，磁(ci)力(li)线(xian)相互交联(lian)，整个镀(du)膜(mo)室(shi)内(nei)形成闭合磁场(chang)。

磁(ci)力(li)线(xian)分布(bu)在(zai)靶(ba)面前(qian)方(fang)及(ji)两侧，磁场(chang)向空间扩展，可(ke)以将电(dian)子束缚在(zai)镀膜(mo)室(shi)内(nei)，以(yi)增(zeng)强磁(ci)控(kong)溅(jian)射等离子(zi)体密度，且(qie)相(xiang)邻靶(ba)的(de)磁感线(xian)全部闭合，整个镀膜室内的电子(zi)全部被(bei)束缚(fu)起来(lai)进(jin)行(xing)旋(xuan)转(zhuan)运动(dong)，增(zeng)加(jia)了(le)与Ar气碰(peng)撞电(dian)离(li)的(de)几(ji)率(lv)，提高了(le)靶(ba)材(cai)离化率和(he)薄(bao)膜沉积(ji)速(su)率。沉积腔室内(nei)分别选(xuan)用(yong)对称平(ping)行(xing)分(fen)布(bu)的两个纯TiB₂靶（纯度：99.9%）和(he)两个(ge)纯Ti靶(ba)（纯(chun)度：99.9%），靶(ba)材(cai)均为470mm×145mm的标(biao)准(zhun)尺寸(cun)；使用Ar气(qi)（纯度(du)：99.99%）作为(wei)工(gong)作(zuo)气(qi)体(ti)；选(xuan)择(ze)以(yi)Incomel718高(gao)温镍(nie)合(he)金（φ25mm×9mm）和(he)p(100)型(xing)硅(gui)片（10mm×10mm×0.53mm）为基(ji)底进(jin)行TiB₂薄(bao)膜的(de)沉(chen)积制备[20-21]。

1.1.1溅射沉(chen)积过(guo)程(cheng)

溅(jian)射(she)沉(chen)积前(qian)，须(xu)对已抛光处(chu)理(li)的基(ji)底(di)样品进行清洁(jie)干燥(zao)处理。分(fen)别将其(qi)置(zhi)于无水(shui)乙(yi)醇、石(shi)油(you)醚、丙(bing)酮溶剂中进行(xing)25min超(chao)声(sheng)清洁(jie)，使(shi)用干燥N2吹干(gan)，将(jiang)其挂(gua)于(yu)镀(du)膜台(tai)上(shang)[20]。关(guan)闭(bi)舱门，开(kai)启机(ji)械泵(beng)抽(chou)真空(kong)至腔(qiang)室(shi)内(nei)的基(ji)础气压达到(dao)0.5mPa后开(kai)启镀膜程序(xu)：通(tong)入(ru)Ar气(qi)，调(diao)节(jie)系统偏(pian)压(ya)至(zhi)-400V，调(diao)节两Ti靶电(dian)流至0.5A，进行(xing)20min离子(zi)刻蚀清洁(jie)，以除去基(ji)底(di)材料(liao)表(biao)面(mian)氧化(hua)层(ceng)及(ji)污(wu)染物，并为后(hou)续(xu)沉(chen)积粒子(zi)增添(tian)附着(zhe)位(wei)点(dian)；将系统(tong)偏(pian)压降(jiang)至-80V、Ti靶电流增至4.0A后开(kai)始进行Ti打底层的(de)溅射沉(chen)积(ji)，历(li)时20min；最后TiB₂靶(ba)电流逐渐(jian)增(zeng)强(qiang)至电流(liu)设(she)定值，Ti靶电流(liu)逐渐减(jian)弱至0A，进行时长(zhang)180minTiB₂目(mu)标(biao)层的溅(jian)射沉积制备。不同(tong)靶电(dian)流(liu)下(xia)制备的(de)薄(bao)膜相(xiang)关(guan)参数如(ru)表1所示(shi)。

1.2薄膜成分及(ji)结(jie)构(gou)分析(xi)

使用SU8020型超(chao)高分(fen)辨(bian)场(chang)发射扫(sao)描电子显(xian)微镜（SEM）分(fen)别(bie)对薄(bao)膜表、截面微(wei)观形貌进(jin)行(xing)观(guan)测(ce)；使(shi)用(yong)MultiMode8型(xing)原子(zi)力(li)显(xian)微(wei)镜（AFM）使(shi)用(yong)Advantage模(mo)式(shi)对(dui)薄(bao)膜(mo)表(biao)面形貌(mao)及表面(mian)粗(cu)糙(cao)度(du)进(jin)行定性测(ce)量(liang)、分(fen)析；使用(yong)NHT2型纳(na)米压(ya)痕仪(yi)（载(zai)荷(he)10mN，保压(ya)10s，加载速度20mN/min），借(jie)助(zhu)经典的Oliver-Pharr[20-22]方(fang)法(fa)对测试样品的(de)加、卸载曲线进行(xing)处(chu)理分析，从而(er)获(huo)得其硬度(du)、弹性模量(liang)等数(shu)据(ju)，并(bing)进(jin)一步(bu)对其(qi)抗(kang)磨损性能以及抗塑(su)性(xing)变形能力(li)等力学性能进(jin)行(xing)计(ji)算(suan)评(ping)价(jia)；使(shi)用(yong)OXFORD型能(neng)量(liang)色(se)散(san)光谱(pu)仪(yi)对薄膜元(yuan)素(su)进行(xing)采集(ji)分析处理(li)；使用REVETEST型(xing)划痕(hen)仪(yi)借(jie)助光镜(jing)照片(pian)、噪声信号及(ji)深度(du)应(ying)变曲(qu)线(xian)对薄(bao)膜与基(ji)底(di)间的结合强(qiang)度进(jin)行(xing)表征判定(ding)；采(cai)用(yong)EMPYREAN型(xing)X射线衍(yan)射(she)仪(yi)（Cu靶Kα辐(fu)射，入(ru)射(she)波长λ=0.154nm，工(gong)作电压(ya)45kV，工(gong)作(zuo)电(dian)流40mA，掠射(she)角(jiao)为(wei)1°，扫(sao)描范围(wei)为(wei)20°～80°）结合(he)JADE软件对(dui)不(bu)同(tong)制(zhi)备条件的薄膜(mo)的(de)物相(xiang)组(zu)成(cheng)和(he)晶面(mian)结构(gou)进行(xing)分(fen)析[15]；使(shi)用(yong)ESCALAB250Xi型X射线(xian)光(guang)电能谱仪对(dui)薄(bao)膜内元素(su)组分(fen)进(jin)行精确(que)表(biao)征(zheng)；使用(yong)THT01型球(qiu)盘(pan)摩擦磨损试(shi)验机，对薄(bao)膜的(de)摩擦(ca)学(xue)性(xing)能进行(xing)表(biao)征(zheng)，试验(yan)条件(jian)：旋转摩擦，3N载荷(he)，使用φ6mm氧化(hua)铝(lv)陶(tao)瓷对偶(ou)球进行(xing)试验，重(zhong)复三次(ci)；并(bing)使用OlympusSTM6型光(guang)学(xue)显(xian)微镜对薄膜摩擦后薄(bao)膜(mo)表面磨痕进(jin)行观(guan)测记(ji)录(lu)；使(shi)用(yong)MicroXAM-3D型(xing)三(san)维(wei)表(biao)面轮廓(kuo)仪对(dui)磨损体积(ji)及薄(bao)膜(mo)曲率(lv)[20]进行测算(suan)，并(bing)分(fen)别将(jiang)其带入(ru)磨损(sun)率计(ji)算(suan)公(gong)式[20]及Stoney[2,16]公(gong)式(shi)对薄(bao)膜(mo)磨(mo)损(sun)率(lv)、残余应(ying)力进行(xing)定(ding)量(liang)计算分析(xi)；通(tong)过(guo)聚焦(jiao)离子(zi)束(shu)（Focusedionbeam,FIB）对磨(mo)痕处(chu)薄(bao)膜进(jin)行(xing)减(jian)薄制(zhi)备(bei)，并(bing)使(shi)用(yong)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)透射(she)电(dian)镜（High resolution transmission electron microscope,HRTEM）对薄膜(mo)润(run)滑膜(mo)层(ceng)和(he)原始(shi)薄膜(mo)进(jin)行观察，分析薄(bao)膜耐(nai)磨(mo)损(sun)原因(yin)[20]。

2、结果与讨论(lun)

2.1薄(bao)膜形(xing)貌(mao)分析(xi)

由图(tu)1可(ke)知(zhi)，随着(zhe)溅(jian)射(she)沉积阶(jie)段(duan)靶电流(liu)增(zeng)加(jia)，靶材粒(li)子(zi)溅射(she)速(su)率加快，使(shi)得(de)薄(bao)膜(mo)沉积(ji)厚(hou)度增(zeng)加。

各靶电(dian)流条件(jian)下(xia)，薄(bao)膜截面均为(wei)柱状(zhuang)结(jie)构，无(wu)明(ming)显变化[23-24]。当薄膜(mo)沉(chen)积溅(jian)射阶段(duan)靶(ba)电流(liu)为(wei)6.0A时，薄膜沉(chen)积厚(hou)度达(da)到(dao)最(zui)大(da)值(zhi)，平均厚度达(da)2.168μm。

这(zhe)是(shi)由(you)于随着靶电(dian)流的提(ti)升，Ar气(qi)电离(li)程(cheng)度(du)增(zeng)加(jia)，Ar+对(dui)靶材(cai)的(de)轰击频率(lv)升(sheng)高(gao)，使得靶(ba)材激(ji)发(fa)溅(jian)射的(de)粒子密度和最(zui)终(zhong)到(dao)达基(ji)底(di)的(de)溅(jian)射(she)粒子总量(liang)增加(jia)，进而导致薄膜(mo)沉(chen)积(ji)厚(hou)度增(zeng)加(jia)。

不(bu)同靶(ba)电流条件下(xia)，溅射(she)沉积(ji)的薄(bao)膜表(biao)面形貌(mao)SEM及AFM如图(tu)2所(suo)示。通过(guo)对比照(zhao)片发现，不(bu)同靶(ba)电流下(xia)制备(bei)的薄(bao)膜表(biao)面(mian)均(jun)为岛(dao)状(zhuang)生(sheng)长类型。对比不(bu)同靶(ba)电流条件下沉(chen)积薄(bao)膜的AFM图(tu)可(ke)知(zhi)，随着靶(ba)电流(liu)的增加，薄膜表面(mian)粗糙度呈先降(jiang)后升(sheng)趋(qu)势。这是由(you)于(yu)靶电流增加(jia)，基底(di)表面(mian)沉(chen)积(ji)粒(li)子总量(liang)增(zeng)加，使(shi)得(de)基底上沉积粒(li)子数(shu)量(liang)显著(zhu)增(zeng)加，从而(er)导致(zhi)一(yi)定(ding)限度内(nei)靶(ba)电(dian)流较(jiao)高条件下制(zhi)备(bei)的(de)薄(bao)膜(mo)具(ju)有较(jiao)低的(de)表(biao)面粗糙度。但随(sui)着(zhe)靶电流的(de)持(chi)续增加(jia)，溅(jian)射(she)粒子密(mi)度(du)过(guo)大，最(zui)终导致通过等(deng)离(li)子(zi)体(ti)传输(shu)到达并(bing)沉(chen)积(ji)到基底处(chu)的(de)溅射粒子(zi)没有(you)足够时(shi)间完(wan)成自由(you)扩散，进(jin)而(er)引(yin)起(qi)薄(bao)膜(mo)表(biao)面(mian)粗(cu)糙(cao)度的(de)升高[14]。

2.2薄(bao)膜物相分(fen)析

如图3所示(shi)，薄膜中主(zhu)要(yao)包含(han)TiB₂（ICDD卡片(pian)数(shu)据库检(jian)索(suo)号#35-0741）的(001)、(100)、(101)、(002)、(102)晶(jing)面。直流(liu)磁控(kong)溅射(she)制(zhi)备薄(bao)膜(mo)过(guo)程中，溅(jian)射(she)粒(li)子轰击沉(chen)积(ji)薄(bao)膜，促使其生(sheng)长(zhang)形核。由(you)于薄膜整(zheng)体遵(zun)循最低(di)能(neng)态沉(chen)积(ji)规则(ze)，沉(chen)积(ji)薄膜表(biao)面能与(yu)应变能相互(hu)竞(jing)争，引起(qi)沉积薄(bao)膜(mo)晶面织(zhi)构(gou)占比的差异(yi)。而(er)随(sui)着靶(ba)电流(liu)增加，溅射功(gong)率提高，溅射(she)粒子(zi)能量增(zeng)大(da)，促进薄(bao)膜形(xing)核生长[15]。在较厚的(de)膜(mo)厚(hou)度(du)和(he)较(jiao)高的衬(chen)底温(wen)度下，应(ying)变(bian)能(neng)占主(zhu)导地(di)位(wei)，由(you)于(yu)(101)晶(jing)面具有低(di)应变(bian)能(neng)的(de)特(te)性(xing)，薄膜内(nei)(101)晶(jing)面取向占据主导(dao)地位[15]，因此(ci)沉积(ji)薄膜(mo)趋向以(yi)(101)为(wei)择(ze)优晶面(mian)[15]。随着(zhe)靶电(dian)流(liu)的增(zeng)加，薄(bao)膜(mo)结晶度呈(cheng)明(ming)显(xian)递(di)增(zeng)趋(qu)势，这(zhe)应与靶(ba)电流(liu)提高(gao)引起(qi)的(de)靶(ba)功率(lv)提(ti)升(sheng)有(you)关[14]。靶(ba)电(dian)流较(jiao)低(di)时(shi)，溅(jian)射(she)粒(li)子能(neng)量(liang)处(chu)于(yu)较(jiao)低水(shui)平(ping)，致(zhi)使(shi)粒子(zi)轰(hong)击(ji)形核能力(li)受到抑制(zhi)，腔室(shi)内较低(di)的温(wen)度(du)限(xian)制(zhi)了晶核的成(cheng)核尺寸(cun)和晶(jing)粒(li)生(sheng)长(zhang)，这(zhe)是导致(zhi)3.0A条(tiao)件下(xia)制备的(de)薄膜结(jie)晶度较(jiao)低(di)的(de)主要(yao)原(yuan)因；随着(zhe)靶电流(liu)的(de)提高(gao)，靶(ba)功(gong)率(lv)强(qiang)度增(zeng)加，致(zhi)使(shi)溅射粒(li)子轰(hong)击(ji)形核能力(li)增(zeng)强(qiang)，薄膜(mo)生长(zhang)愈加(jia)充(chong)分(fen)，同时引(yin)起腔室(shi)内部温度升(sheng)高，使得成(cheng)核所需临(lin)界尺寸增加[25]。

总(zong)体而言，随(sui)着靶(ba)电流(liu)的(de)增(zeng)加(jia)，薄膜(mo)结晶(jing)度提高(gao)，半峰宽(kuan)（Full widthat half maxima,FWHM）收窄，晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)增加(jia)。

2.3薄(bao)膜元(yuan)素(su)分析

由(you)图(tu)4可(ke)知，所制备薄(bao)膜(mo)材(cai)料(liao)均(jun)呈现过(guo)化学(xue)计(ji)量(liang)比（B/Ti＞2）的情况[26-28]，由于(yu)Ar+的激发(fa)导(dao)致(zhi)靶材(cai)粒子(zi)的溅(jian)射(she)。一(yi)方面(mian)，B元(yuan)素相(xiang)较于(yu)Ti元(yuan)素(su)在等离子(zi)体(ti)传(chuan)输(shu)过程中具有(you)更小的碰撞(zhuang)截面积(ji)，且在(zai)碰撞(zhuang)过(guo)程中(zhong)的(de)动(dong)量(liang)损失更小[1]；另(ling)一(yi)方面(mian)，Ar+与靶材激发(fa)粒(li)子之间(jian)存在较(jiao)大质量差(cha)异(yi)，B元素(su)的(de)溢出(chu)角较Ti元(yuan)素更(geng)为(wei)集中(zhong)，因此B元(yuan)素更易于(yu)沿法(fa)线(xian)方向(xiang)通过等(deng)离(li)子(zi)体(ti)传(chuan)输(shu)沉(chen)积(ji)在(zai)垂直于法(fa)线(xian)的(de)基底(di)材(cai)料表(biao)面(mian)[27]。这都使得平行(xing)于靶(ba)材(cai)的基(ji)底(di)材(cai)料(liao)上(shang)B元(yuan)素相(xiang)较Ti元素更为富集，致(zhi)使(shi)薄(bao)膜(mo)中B元(yuan)素(su)呈现(xian)过计量(liang)比(bi)的情况。而(er)薄膜(mo)中(zhong)B元素过(guo)量引起富(fu)B元素(su)组织相(xiang)在晶界(jie)处形(xing)成、富(fu)集，这(zhe)阻碍(ai)了外力作用(yong)情况下薄膜(mo)晶界(jie)的(de)滑(hua)移(yi)，使得薄(bao)膜(mo)硬度提(ti)高[28-29]。

如图(tu)5所示，分(fen)别对(dui)不(bu)同电流(liu)条件(jian)下沉积的(de)薄膜(mo)样(yang)品(pin)进(jin)行X射线光电子(zi)能谱(pu)分(fen)析(xi)。试(shi)验前使用(yong)Ar+对(dui)样品(pin)测(ce)试区(qu)域进行(xing)100s刻蚀(shi)以(yi)消(xiao)除薄膜(mo)表(biao)面污染及氧(yang)化(hua)层。使用XPSPEAK数(shu)据处理软(ruan)件对(dui)B元(yuan)素的精(jing)细(xi)谱(pu)进行分(fen)峰拟(ni)合处理(li)，可见(jian)结合能峰位(wei)值(zhi)分(fen)别(bie)为(wei)188.4eV（B—B键）[15]和(he)187.3eV（Ti—B键(jian)）[15,30]。靶(ba)电流为(wei)3.0A时(shi)，沉(chen)积薄(bao)膜富(fu)B元(yuan)素组织(zhi)相(xiang)占比(bi)最(zui)低(di)，为(wei)17.19%，此时(shi)薄(bao)膜的硬(ying)度和(he)弹性模(mo)量均(jun)取得最(zui)小(xiao)值，分(fen)别(bie)为14.4、268.1GPa。

而随(sui)着(zhe)靶电流(liu)的(de)提(ti)高(gao)[14]，富B元(yuan)素组(zu)织相占比先(xian)增加(jia)后降(jiang)低(di)；靶(ba)电流(liu)达(da)到(dao)5.0A时(shi)，对应沉(chen)积(ji)薄(bao)膜的(de)富B元素组(zu)织相占比(bi)最高，为(wei)27.90%，此时(shi)薄(bao)膜硬度和弹(dan)性模(mo)量(liang)取(qu)得最大值，分别为(wei)18.66、337.8GPa。随(sui)靶(ba)电(dian)流(liu)改变，富(fu)B元(yuan)素(su)组织(zhi)相(xiang)占比与(yu)薄(bao)膜(mo)硬(ying)度的(de)变(bian)化趋(qu)势(shi)基(ji)本(ben)吻合，即(ji)随着(zhe)靶电(dian)流(liu)的增(zeng)加，两(liang)者(zhe)均(jun)呈(cheng)现先增后降(jiang)的(de)变化趋(qu)势，且(qie)富B元素(su)相占(zhan)比(bi)越高的沉(chen)积(ji)薄膜对应的硬度越高(gao)，这与(yu)富(fu)B元(yuan)素(su)组织相能够抑(yi)制晶(jing)界(jie)的(de)滑(hua)移(yi)，导(dao)致薄(bao)膜硬(ying)度增(zeng)加(jia)的(de)报(bao)道(dao)相(xiang)吻合(he)[27-29,31]。

2.4薄膜力学性能(neng)分(fen)析(xi)

如图6所(suo)示，随着溅(jian)射(she)沉积(ji)阶(jie)段(duan)靶(ba)电流的(de)增大(da)，薄膜(mo)残余(yu)应力(li)随之(zhi)增(zeng)加(jia)，而沉(chen)积薄(bao)膜膜(mo)基(ji)结(jie)合强(qiang)度却随(sui)之降低。这(zhe)是(shi)由于靶(ba)电(dian)流(liu)和(he)靶(ba)功率增(zeng)加(jia)，大量能(neng)量以(yi)热(re)能(neng)的形(xing)式(shi)逸散(san)，致使(shi)腔室内(nei)温度(du)升(sheng)高(gao)，由(you)于(yu)薄膜与(yu)基(ji)底(di)材(cai)料(liao)的热(re)膨(peng)胀(zhang)系(xi)数(shu)及弹(dan)性(xing)模量(liang)的(de)差(cha)异，由(you)沉积(ji)温度冷却至室(shi)温(wen)过(guo)程中，沉积(ji)薄膜同(tong)基(ji)底(di)间(jian)存(cun)在着冷缩(suo)速度的差(cha)异，从而(er)导致(zhi)薄膜(mo)内(nei)部产生(sheng)相应的(de)热(re)应力(li)[14,16]。随着(zhe)溅(jian)射(she)沉积阶(jie)段靶(ba)电流(liu)增(zeng)加，沉积(ji)腔(qiang)室(shi)内温(wen)度同(tong)室(shi)温(wen)之(zhi)间(jian)的温(wen)差(cha)变大(da)，进(jin)而使得薄膜(mo)内部(bu)残(can)余应力（本(ben)征与(yu)热应力(li)之(zhi)和(he)）也随(sui)之(zhi)增加。而薄膜内部(bu)较高的残(can)余应(ying)力会使得(de)薄膜(mo)膜基(ji)结合(he)强度(du)降(jiang)低(di)（L为(wei)薄膜(mo)剥落时(shi)所(suo)对应(ying)的载荷(he)），使(shi)得(de)在(zai)受到(dao)外(wai)力(li)影(ying)响(xiang)下薄膜(mo)更容易屈(qu)曲、皲裂(lie)甚至剥(bo)离，致使(shi)对(dui)刀具的防护作用失效。

使用纳米压痕(hen)仪(yi)对不同(tong)靶(ba)电流下(xia)制(zhi)备(bei)的TiB₂薄膜(mo)进(jin)行(xing)测试：载(zai)荷10mN，保压(ya)时间(jian)10s，加(jia)卸(xie)载速率(lv)20mN/min。并借(jie)助(zhu)经典(dian)的(de)Oliver-Pharr[21]方(fang)法(fa)分析(xi)纳米压(ya)痕(hen)的(de)加、卸载(zai)曲(qu)线(xian)，得(de)到测试(shi)样(yang)品的(de)硬(ying)度(du)（H）和弹(dan)性(xing)模(mo)量（E），并借(jie)助MUSIL等[31]的(de)方(fang)法计(ji)算了薄膜(mo)的(de)抗磨(mo)损性(xing)能（H/E）[32]和(he)抗(kang)塑(su)性变形(xing)能(neng)力(li)（H3/E2）[31]，试(shi)验数据(ju)如图7所(suo)示(shi)。

由(you)图(tu)7可(ke)知(zhi)，薄(bao)膜(mo)的(de)硬度、弹性模(mo)量及耐磨(mo)性(xing)等均随靶(ba)电(dian)流的升(sheng)高(gao)而呈(cheng)现先增(zeng)后(hou)降(jiang)的趋(qu)势(shi)。一(yi)方(fang)面(mian)，靶(ba)电流增加(jia)致使残(can)余(yu)应(ying)力增大，一(yi)定(ding)程度上会(hui)使(shi)得薄(bao)膜(mo)硬(ying)度(du)获得相应(ying)提升[3]；另(ling)一方面，薄(bao)膜中富(fu)B元素(su)组织相占(zhan)比(bi)增高，使(shi)得对(dui)薄(bao)膜内部(bu)晶界滑(hua)移(yi)的抑制(zhi)增(zeng)强(qiang)，进而(er)导(dao)致薄膜硬(ying)度(du)呈(cheng)现先增后降(jiang)的(de)变化(hua)趋(qu)势(shi)[27]。

LEYLAND等(deng)[32]认为(wei)H/E的(de)数值(zhi)相(xiang)较于(yu)单(dan)独(du)硬度数据更适用(yong)于(yu)预测材料的耐磨性(xing)参数(shu)，越(yue)高(gao)的(de)H/E表明(ming)材(cai)料可能(neng)具有(you)更(geng)优异的耐(nai)磨(mo)性能(neng)。MUSIL等[31]认为(wei)相(xiang)较于(yu)相同(tong)载(zai)荷下(xia)对(dui)压头(tou)压(ya)入深(shen)度而(er)言(yan)，H3/E2能(neng)够更为(wei)准(zhun)确地反映材料抗塑性(xing)变(bian)形的能(neng)力，H3/E2越(yue)大表(biao)明材(cai)料(liao)可(ke)能(neng)有更(geng)好的抗(kang)塑(su)性变形能力。由(you)图(tu)4可知，靶(ba)电流为(wei)3.0A时(shi)，H/E和(he)H3/E2均(jun)处于(yu)最(zui)低(di)水平(ping)，而(er)随(sui)着(zhe)靶(ba)电(dian)流的增加(jia)，两者(zhe)均呈先增(zeng)后降的趋(qu)势(shi)，靶电(dian)流为5.0A时(shi)，两(liang)者(zhe)均(jun)处(chu)于最高(gao)水(shui)平。一(yi)方(fang)面(mian)，靶电(dian)流增加，溅射粒子密度增(zeng)加(jia)，溅射粒(li)子的轰(hong)击促进(jin)了薄膜(mo)的(de)生长(zhang)形(xing)核(he)过程(cheng)，进(jin)而(er)使得(de)薄(bao)膜(mo)的H/E和(he)H3/E2增大(da)；另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)，靶电流(liu)增加(jia)，腔室(shi)温度(du)相应升高(gao)，残(can)余(yu)应(ying)力(li)增加，使(shi)得H/E和H3/E2呈(cheng)现(xian)先(xian)升(sheng)后降的(de)变化(hua)趋势[12,31-34]。

2.5薄(bao)膜摩擦学性能(neng)分(fen)析(xi)

由图8可(ke)知(zhi)，不(bu)同靶(ba)电流条件(jian)下(xia)沉积薄膜(mo)的(de)摩擦(ca)因数(shu)均位于(yu)0.75～0.85，摩擦(ca)因(yin)数无(wu)明显(xian)差异(yi)，但(dan)磨(mo)损(sun)率(lv)差(cha)异(yi)显(xian)著(zhu)，靶(ba)电流(liu)为(wei)4.0A时磨损(sun)率W仅(jin)为(wei)6.347×10−6mm3/(N·m)，磨(mo)损(sun)率远(yuan)小于体系(xi)内其他(ta)电流条件(jian)下沉积(ji)的(de)薄(bao)膜。较(jiao)光洁(jie)的(de)表(biao)面使得薄膜在(zai)摩擦(ca)试验中(zhong)相较(jiao)于表面结构较粗(cu)糙的(de)薄(bao)膜(mo)能够(gou)尽(jin)可(ke)能地(di)减少(shao)薄膜(mo)与(yu)对(dui)偶(ou)球间形(xing)成(cheng)机(ji)械咬合的(de)几(ji)率(lv)，促(cu)使其在(zai)摩(mo)擦接(jie)触中(zhong)获得(de)相(xiang)对较(jiao)低(di)的磨(mo)损(sun)率(lv)；其次(ci)，靶电流(liu)较(jiao)低时(shi)，残余(yu)应力小、膜基结(jie)合强度(du)较高、粒子(zi)间(jian)结合(he)紧(jin)密(mi)不(bu)易被剥离(li)[35]，靶(ba)电流(liu)较(jiao)高时，薄膜(mo)内(nei)部残余(yu)应(ying)力较大，大的(de)残余应(ying)力(li)可能(neng)导致(zhi)外力(li)作用(yong)下(xia)薄(bao)膜易产(chan)生微(wei)裂纹或(huo)将导(dao)致薄(bao)膜与基底(di)剥(bo)离(li)，使得(de)较(jiao)高电流(liu)条件下制(zhi)备的(de)薄膜摩擦(ca)因数偏高(gao)、磨(mo)损(sun)加剧[2,16]。

由图(tu)9可知(zhi)，靶电(dian)流为(wei)4.0A时，沉积制备的(de)薄膜(mo)在相同条(tiao)件(jian)的摩(mo)擦(ca)试验(yan)后(hou)，磨痕(hen)宽(kuan)度最窄(zhai)，磨痕深度(du)最(zui)浅(qian)，即防护(hu)薄膜损失最轻微(wei)。说(shuo)明(ming)靶(ba)电(dian)流条件为4.0A时(shi)薄(bao)膜具(ju)有最佳耐磨(mo)性(xing)能，能够更好(hao)地降低摩擦(ca)磨损(sun)带来的材(cai)料损(sun)失(shi)。

为了进(jin)一(yi)步解(jie)释薄膜(mo)在(zai)摩擦(ca)接触过程中具有(you)较好耐(nai)磨性(xing)能的原(yuan)因，对(dui)靶电(dian)流(liu)为4.0A条件(jian)下(xia)溅射(she)沉积的(de)薄膜(mo)进(jin)行了(le)聚焦离(li)子束制(zhi)样(yang)（Focused ionbeam,FIB）、透射电镜观(guan)察(cha)和(he)选(xuan)区(qu)电(dian)子(zi)衍(yan)射(she)（Selected area electron diffraction,SAED）分(fen)析(xi)，结(jie)果如(ru)图10所示。图10a为(wei)未经(jing)摩(mo)擦处(chu)理的薄(bao)膜(mo)的透(tou)射电子显(xian)微镜（TEM）分析(xi)，可(ke)以(yi)明确地观(guan)察到仅(jin)有(you)少(shao)且(qie)短(duan)的(de)晶格(ge)条纹(wen)间距(ju)，而(er)对(dui)经(jing)过摩(mo)擦处(chu)理后的(de)磨痕(hen)处薄膜进行FIB制(zhi)样(yang)后，通(tong)过TEM分(fen)析(xi)可(ke)清(qing)楚地观(guan)察(cha)到该区域(yu)内有(you)着密集的晶(jing)格条(tiao)纹(wen)间距，并且(qie)对相应(ying)区(qu)域(yu)进(jin)行(xing)SAED分析后(hou)发现，相(xiang)应区域出(chu)现(xian)了更为(wei)清(qing)晰的TiB₂衍(yan)射(she)环(huan)，这说明在(zai)摩(mo)擦接(jie)触(chu)过(guo)程(cheng)中薄膜(mo)产(chan)生非晶(jing)相(xiang)结(jie)构(gou)向晶(jing)相结构(gou)转(zhuan)变，薄(bao)膜(mo)结晶(jing)度(du)提(ti)高，一定程(cheng)度上(shang)致使薄膜(mo)的硬度(du)及(ji)耐磨损性(xing)能增加(jia)，降低(di)了(le)薄膜在摩(mo)擦(ca)接触(chu)过(guo)程中(zhong)的体积损失，使其(qi)拥(yong)有同(tong)体(ti)系中(zhong)最佳(jia)的抗耐(nai)磨性能。

3、结(jie)论

（1）采用(yong)直流磁(ci)控(kong)溅射(she)技术，通过(guo)调(diao)节沉积(ji)过(guo)程中TiB₂靶材(cai)靶电流大小(xiao)的(de)方(fang)式(shi)进(jin)行TiB₂薄(bao)膜的溅射(she)沉积(ji)制备(bei)。随着靶电流(liu)增大(da)，薄膜(mo)沉(chen)积(ji)厚度(du)增加。

（2）随着靶电(dian)流(liu)增大(da)，一方(fang)面(mian)，薄膜半(ban)峰(feng)宽收窄，晶(jing)粒尺(chi)寸增加；另一方(fang)面，势(shi)能更高的(de)溅射(she)粒子(zi)的轰(hong)击促进了沉积(ji)薄膜(mo)的(de)生长(zhang)形核。

（3）B元素相较于Ti元(yuan)素在等离子体传(chuan)输过程(cheng)中具(ju)有(you)更小(xiao)的(de)碰(peng)撞(zhuang)截(jie)面积和(he)动量损失；Ar+与(yu)靶材激发(fa)粒子(zi)之间存(cun)在较(jiao)大质(zhi)量差异，使得(de)B元素溢(yi)出角(jiao)相(xiang)较(jiao)Ti元素更(geng)为(wei)集(ji)中，更(geng)易沿法线(xian)方(fang)向等(deng)离子体(ti)传输(shu)并(bing)沉(chen)积于基底，因(yin)此(ci)制(zhi)备(bei)的(de)薄膜均呈现B元(yuan)素超化(hua)学(xue)计量比的现(xian)象。通(tong)过XPS可(ke)知(zhi)，富(fu)集的B元(yuan)素(su)形成了富B元素(su)相（B—B键），富B元(yuan)素(su)相(xiang)聚集(ji)在晶界处(chu)，阻碍了外力(li)作(zuo)用下(xia)晶界(jie)的(de)滑移，使(shi)得薄(bao)膜(mo)具(ju)有(you)较高(gao)的硬(ying)度(du)及较优的耐磨(mo)损(sun)性能。

（4）靶电流增加，薄膜(mo)内(nei)部(bu)残余(yu)应力（本征应(ying)力和热(re)应(ying)力(li)之(zhi)和(he)）增(zeng)强，使(shi)得(de)膜(mo)基(ji)结合(he)强度随(sui)靶电(dian)流(liu)增加而降低；薄(bao)膜硬(ying)度随(sui)富B元素(su)组(zu)织相(xiang)占(zhan)比(bi)而同(tong)步呈(cheng)现先(xian)升(sheng)后降(jiang)的(de)演(yan)变趋(qu)势(shi)。

（5）4.0A靶电流下(xia)制备的TiB₂薄(bao)膜具有最(zui)佳耐(nai)磨性能，主(zhu)要(yao)由于摩擦接触(chu)过(guo)程(cheng)中，薄膜(mo)摩擦接(jie)触区(qu)域产(chan)生(sheng)了明显(xian)的(de)非(fei)晶相结构向(xiang)晶相结(jie)构的(de)转变(bian)，因(yin)此(ci)薄(bao)膜硬度得(de)到了(le)提高(gao)，使其(qi)具有较优(you)异的耐磨(mo)性(xing)能(neng)。

参考(kao)文(wen)献

[1] KELESOGLU E, MITTERER C. Structure and properties of TiB₂ based coatings prepared by unbalanced DC magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology,1998, 98(1-3): 1483-1489.

[2] 吴(wu)彼(bi)，高(gao)禩(si)洋，薛(xue)伟(wei)海(hai)，等. 钛合(he)金表面 TiB₂ 涂(tu)层(ceng)与纯铝的(de)高温(wen)黏着磨(mo)损(sun)行为(wei)[J]. 中国(guo)表面工程(cheng)，2022，35(3)：64-72.

WU Bi, GAO Siyang, XUE Weihai, et al.High-temperature adhesive wear behavior between TiB₂ coating on TC4 substrate and pure Al[J]. China Surface Engineering, 2022, 35(3): 64-72. (in Chinese)

[3] 吴正(zheng)涛，叶(ye)榕礼，李(li)海(hai)庆(qing)，等(deng). HiPIMS 制(zhi)备 TiB₂ 、TiBN涂(tu)层(ceng)及其(qi)等离子(zi)体(ti)性质[J]. 中国(guo)表面工(gong)程，2022，35(5)：228-235.

WU Zhengtao, YE Rongli, LI Haiqing, et al. Fabrication and plasma properties of TiB₂ , TiBN films by HiPIMS[J].China Surface Engineering, 2022, 35(5): 228-235. (in Chinese)

[4] 刘凡. 多(duo)层(ceng)纳米(mi)复(fu)合 TiB₂ 刀(dao)具(ju)涂(tu)层(ceng)的(de)制(zhi)备(bei)与研(yan)究[D].广州(zhou)：广东工业大(da)学(xue)，2020.

LIU Fan. Preparation and study of multilayer nanocomposite TiB₂ tool coating[D]. Guangzhou:Guangdong University of Technology, 2020. (in Chinese)

[5] 崔正(zheng)浩，李宗家，程(cheng)焕武，等. 二硼化钛(tai)陶瓷(ci)研究(jiu)进(jin)展(zhan)及(ji)展(zhan)望(wang)[J]. 陶(tao)瓷(ci)，2021(9)：12-18.

CUI Zhenghao, LI Zongjia, CHENG Huanwu, et al.Research progress and prospects of TiB₂ ceramics[J].Ceramics, 2021(9): 12-18. (in Chinese)

[6] 谢(xie)刚，俞(yu)小花，彭如(ru)振(zhen)，等(deng). 大(da)气(qi)等离(li)子喷 TiB₂ 涂层微观(guan)结构及性能研(yan)究[J]. 轻金(jin)属，2020(8)：27-31.

XIE Gang, YU Xiaohua, PENG Ruzhen, et al. Study on microstructure and performance of TiB₂ coating with atmospheric plasma spraying[J]. Light Metals, 2020(8):27-31. (in Chinese)

[7] 郭(guo)浩. TiB₂ 基陶(tao)瓷(ci)复(fu)合材料的(de)放(fang)电(dian)等(deng)离子(zi)烧结制备(bei)及其(qi)组织(zhi)性(xing)能研(yan)究[D]. 广(guang)州(zhou)：华南(nan)理工大(da)学，2015.

GUO Hao. Microstructure and mechanical property of TiB₂ -based ceramic composite fabicated by spark plasma sintering[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2015. (in Chinese)

[8] 蒙延双(shuang)，王(wang)达(da)健. 复(fu)合溶胶凝(ning)胶(jiao)法(fa)制(zhi)备 TiB₂ 可(ke)湿(shi)性阴极涂(tu)层(ceng)[J]. 甘肃(su)冶金，2005(1)：1-4.

MENG Yanshaung, WANG Dajian, et al. The preparation of wettable TiB₂ coatingson cathode by composite Sol-Gel technology[J]. Gansu Metallurgy, 2005(1): 1-4. (in Chinese)

[9] 黄(huang)小晓(xiao)，涂(tu)赣(gan)峰(feng)，王术新(xin)，等. TiB₂ 涂层(ceng)的制(zhi)备及其应(ying)用(yong)研究(jiu)进(jin)展(zhan)[J]. 稀有(you)金属(shu)材料与工(gong)程，2022，51(3)：1087-1099.

HUANG Xiaoxiao, TU Ganfeng, WANG Shuxin, et al.Advances in the preparation of TiB₂ coatings and their applications[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2022, 51(3): 1087-1099. (in Chinese)

[10] NEDFORS N, MOCKUTE A, PALISANITIS J, et al. Influence of pulse frequency and bias on microstructure and mechanical properties of TiB₂ coatings deposited by high power impulse magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology, 2016, 304: 203-210.

[11] SANCHEZ C M T, PLATA B R, COSTA M E H M D, etal. Titanium diboride thin films produced by dc-magnetron sputtering: structural and mechanical properties[J]. Surface and Coatings Technology, 2011,205(12): 3698-3702.

[12] WANG X, MARTIN P J, KINDER T J. Characteristics of TiB₂ films prepared by ion beam sputtering[J]. Surface and Coatings Technology, 1996, 78(1-3): 37-41.

[13] PESHEV P A. Thermodynamic estimation of the chemical vapor deposition of some borides[J]. Journal of Solid State Chemistry, 2000, 154(1): 157-161.

[14] ZHU J, ZHU X, LIU H, et al. Thin film physics and devices: fundamental mechanism, materials and applications for thin films[M]. Singapore: World Scientific Publishing Company, 2021.

[15] 吴(wu)彼(bi). 钛(tai)合金表面(mian)二硼(peng)化(hua)钛(tai)涂(tu)层制(zhi)备(bei)及(ji)其摩擦(ca)学行为研究(jiu)[D]. 合肥(fei)：中国(guo)科学技术大学，2021.

WU Bi. Preparation and tribological behavior of TiB₂ coatings on titanium alloy[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2021. (in Chinese)

[16] 吉(ji)利. 超润(run)滑复(fu)合(he)类(lei)金(jin)刚石(shi)碳(tan)薄膜的(de)设计(ji)、制(zhi)备(bei)及(ji)性能(neng)研究(jiu)[D]. 北(bei)京：中国(guo)科学院(yuan)大(da)学(xue)，2009.

JI Li. Design, preparation and properties of superlubricative diamond-like carbon composite films[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2009. (in Chinese)

[17] HELLGREN N, THÖRNBERG J, ZHIRKOV I, et al.High-power impulse magnetron sputter deposition of TiBx thin films: effects of pressure and growth temperature[J].Vacuum, 2019, 169: 108884.

[18] ZHANG T F, GAN B, PARK S M, et al. Influence of negative bias voltage and deposition temperature on microstructure and properties of superhard TiB₂ coatings deposited by high power impulse magnetron sputtering[J].Surface and Coatings Technology, 2014, 253:115-122.

[19] PELLEG J, SADE G, SINDER M, et al. Compositional and structural changes in TiB₂ films induced by bias, in situ and post-deposition annealing, respectively[J].Physica B: Condensed Matter, 2006, 381(1-2): 118-127.

[20] 刘(liu)进(jin)龙，李红(hong)轩(xuan)，吉(ji)利，等. TiB₂ 掺杂 WS 2 复(fu)合(he)薄(bao)膜(mo)的(de)宽温域摩(mo)擦学(xue)性能(neng)研(yan)究(jiu)[J]. 表(biao)面(mian)技术，2023，52(6)：235-245.

LIU Jinlong, LI Hongxuan, JI Li, et al. Tribological properties of TiB₂ doped WS 2 composite films in wide temperature range[J]. China Surface Engineering, 2023,52(6): 235-245. (in Chinese)

[21] 许文(wen)举(ju)，鞠鹏飞，李红(hong)轩(xuan)，等(deng). O 2 / Ar 流量比(bi)及退(tui)火对氧化锆薄膜结(jie)构及(ji)摩擦学性(xing)能(neng)的(de)影响[J]. 中(zhong)国表面(mian)工(gong)程(cheng)，2020，33(5)：65-74.

XU Wenju, JU Pengfei, LI Hongxuan, et al. Effects of O 2 /Ar flow ratios and annealing treatment on microstructures and tribological properties of zirconia films[J]. China Surface Engineering, 2020, 33(5): 65-74. (in Chinese)

[22] OLIVER W C, PHARR G M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments[J]. Journal of Materials Research, 1992, 7(6): 1564-1583.

[23] 谷(gu)文翠，李(li)寿(shou)德(de)，王(wang)怀(huai)勇，等. 基(ji)片偏(pian)压对(dui)磁(ci)控(kong)溅(jian)射(she)制(zhi)备(bei) TiB₂ 涂层(ceng)结构(gou)及(ji)性能的(de)影响[J]. 航空材料学(xue)报，2014，34(5)：37-42.

GU Wencui, LI Shoude, WANG Huaiyong, et al.Influence of bias voltage on microstructure and properties of magnetron sputtering TiB₂ coating[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2014, 34(5): 37-42. (in Chinese)

[24] 孙彩云，何庆(qing)兵(bing)，李(li)立(li)，等(deng). 磁(ci)控(kong)溅射(she)法(fa)制备(bei) TiB₂ 涂层的(de)研(yan)究(jiu)进展[J]. 材料(liao)导(dao)报(bao)，2009，23(S1)：48-50，54.

SUN Caiyun, HE Qingbing, LI Li, et al. Reviews of TiB₂ coating deposited by magnwetron sputtering method[J].Materials Reports, 2009, 23(S1): 48-50, 54. (in Chinese)

[25] 刘(liu)艳梅，张蕊(rui)，朱强，等. 沉积(ji)温度(du)对(dui)电(dian)弧(hu)离(li)子(zi)镀AlCrSiN 涂层的影(ying)响(xiang)[J]. 表面技术，2023，52(7)：149-157.

LIU Yanmei, ZHANG Rui, ZHU Qiang, et al. Effects of deposition temperature on AlCrSiN coatings prepared by arc ion plating technique[J]. Surface Technology, 2023,52(7): 149-157. (in Chinese)

[26] POLYAKOV M N, MORSTEIN M, MAEDER X, et al.Microstructure-driven strengthening of TiB₂ coatings deposited by pulsed magnetron sputtering[J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 368: 88-96.

[27] NEIDHARDT J, MRÁZ S, SCHNEIDER J M, et al. Experiment and simulation of the compositional evolution of Ti — B thin films deposited by sputtering of a compound target[J]. Journal of Applied Physics, 2008,104(6): 063304.

[28] KALFAGIANNIS N, VOLONAKIS G, TSETSERIS L, et al. Excess of boron in TiB₂ superhard thin films: a combined experimental and ab initio study[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2011, 44(38): 385402.

[29] MAYRHOFER P H, MITTERER C, WEN J G, et al.Self-organized nanocolumnar structure in superhard TiB₂ thin films[J]. Applied Physics Letters, 2005, 86(13):131909.

[30] PAN J, LIU C, GAO X, et al. Dual-phase nanocomposite TiB₂ / MoS 1.7 B 0.3 : an excellent ultralow friction and ultralow wear self-lubricating material[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(49): 59352-59363.

[31] MUSIL J, KUNC F, ZEMAN H, et al. Relationships between hardness, Young’s modulus and elastic recovery in hard nanocomposite coatings[J]. Surface and Coatings Technology, 2002, 154(2-3): 304-313.

[32] LEYLAND A, MATTHEWS A. On the significance of the H / E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behaviour[J]. Wear,2000, 246(1-2): 1-11.

[33] XU J, WANG G D, LU X, et al. Mechanical and corrosion-resistant properties of Ti-Nb-Si-N nanocomposite films prepared by a double glow discharge plasma technique[J]. Ceramics International, 2014, 40(6):8621-8630.

[34] 林(lin)静，张硕(shuo)，马(ma)德政(zheng)，等. 沉积温(wen)度(du)对(dui) AlCrTiN 涂层(ceng)组(zu)织(zhi)结构(gou)与(yu)性(xing)能的影响(xiang)[J]. 中国(guo)表面工(gong)程，2021，34(6)：114-123.

LIN Jing, ZHANG Shuo, MA Dezheng, et al. Effects of deposition temperature on the structure and property of AlCrTiN coatings[J]. China Surface Engineering, 2021,34(6): 114-123. (in Chinese)

[35] 薛(xue)海(hai)鹏(peng)，房磊(lei)琦(qi)，蔡飞(fei)，等(deng). AlCrBSiN 复合(he)涂层制(zhi)备及(ji)高速干(gan)式(shi)切削(xue)性(xing)能[J]. 中(zhong)国(guo)表面(mian)工(gong)程，2023，36(4)：118-128.

XUE Haipeng, FANG Leiqi, CAI Fei, et al. Deposition and high-speed dry cutting performance of AlCrBSiN-coated cutters[J]. China Surface Engineering, 2023, 36(4):118-128. (in Chinese)

作者(zhe)简介(jie)：冷(leng)啸(xiao)，男，1997 年(nian)出生，硕士研(yan)究(jiu)生(sheng)。主要研究方(fang)向(xiang)为(wei)材料表(biao)面工程(cheng)。

E-mail: lengxiaolut@http://www.gzhwkf.com

张(zhang)定(ding)军(jun)（通(tong)信作(zuo)者），男，1972 年出(chu)生，博(bo)士(shi)，教(jiao)授(shou)，硕(shuo)士研究(jiu)生(sheng)导师。

主(zhu)要(yao)研(yan)究方向为(wei)高(gao)分子材料及其(qi)相(xiang)关(guan)材(cai)料(liao)。

E-mail: zhangdingjunlut@http://www.gzhwkf.com