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氮化钛薄膜(Titanium nitride,TiN)作为硬质薄膜的一种，具有较高的硬度、好的膜基结合力、涂层装饰性强等优点在刀具、精密零部件和集成电路等各种领域中具有重要的应用价值。但通过传统磁控溅射制备工艺沉积TiN薄膜时往往因溅射过程中存在“遮蔽效应”而导致薄膜有结构缺陷。此外，硬质薄膜的硬度虽高，但通常是牺牲薄膜的韧性作为代价，薄膜的韧性差会导致薄膜在使用过程中容易开裂甚至剥落等问题。针对以上磁控溅射的缺点及对薄膜综合性能的要求。本文采用阳极层线性离子源辅助高功率脉冲磁控溅射（High power impulse magnetron sputtering,HiPIMS）制备薄膜的设计思路。研究了偏压及离子源对Ti/TiN薄膜结构及性能的影响。同时，为进一步提高Ti/TiN薄膜的耐磨损性能，在此膜层体系的基础上，制备了Ti/TiN/TiC-Cu多层膜，并研究了Cu含量对薄膜性能的影响。主要研究成果如下：
①随着偏压的增加，离子的能量增加，轰击作用也加强。这有利于减少薄膜沉积时的“遮蔽效应”，提高薄膜的致密度，孔隙率下降，结构缺陷减少。当负偏压为-200V时，TiN薄膜择优取向为(111)，对应的TiN薄膜的晶粒尺寸最小。在制备Ti/TiN/TiC-Cu薄膜时，Cu含量随着Cu靶的电流大小增加而增加，但Ti/C原子比变化不大，各元素分布均匀。显微结构分析结果表明，Ti/TiN薄膜的表面形貌有“三角形”和“菜花状”，致密度不同，截面形貌均为柱状结构。但对于Ti/TiN/TiC-Cu薄膜其表面形貌为“颗粒状”，因表层TiC-Cu层不为单相层，Cu元素的掺杂有抑制晶粒形核和长大的作用，其截面结构不为柱状结构。
②从薄膜力学性能来看，无论是否有离子源辅助沉积，当偏压为-200V时，薄膜硬度最高，在物理气相沉积制备TiN薄膜时适当增加偏压，能够提高薄膜的硬度，同时离子源的辅助能够进一步提高薄膜的韧性，使薄膜增硬的同时达到增韧的目的。在Ti/TiN薄膜的基础上制备不同Cu含量的Ti/TiN/TiC-Cu多层膜。适量的Cu元素掺杂TiC能够有效提高薄膜的耐磨损性能，当Cu靶电流为0.1A，Cu含量约为8%时，薄膜的耐磨损性能最好，摩擦系数稳定在0.25。磨损的机理为粘着磨损和磨粒磨损，磨痕处存在大量粘着坑及犁沟。
③物理气相沉积制备薄膜的耐腐蚀性能与薄膜的结构和致密度密切相关。薄膜越致密，缺陷越少，腐蚀介质在薄膜中的腐蚀扩展路径越长，越不容易与基材接触而导致基材的腐蚀。通过改变偏压及离子源辅助沉积薄膜能够有效提高薄膜的耐腐蚀性能。当偏压为-400V，离子源大小为1A时，Ti/TiN薄膜的腐蚀电流密度低达7.918×10-8A/cm2，电化学阻抗值高达7.5×105Ωcm2。Ti/TiN/TiC-Cu多层膜对基材的耐腐蚀性能提高不明显，这与薄膜结构以及Cu元素的电化学特性有关。
①随着偏压的增加，离子的能量增加，轰击作用也加强。这有利于减少薄膜沉积时的“遮蔽效应”，提高薄膜的致密度，孔隙率下降，结构缺陷减少。当负偏压为-200V时，TiN薄膜择优取向为(111)，对应的TiN薄膜的晶粒尺寸最小。在制备Ti/TiN/TiC-Cu薄膜时，Cu含量随着Cu靶的电流大小增加而增加，但Ti/C原子比变化不大，各元素分布均匀。显微结构分析结果表明，Ti/TiN薄膜的表面形貌有“三角形”和“菜花状”，致密度不同，截面形貌均为柱状结构。但对于Ti/TiN/TiC-Cu薄膜其表面形貌为“颗粒状”，因表层TiC-Cu层不为单相层，Cu元素的掺杂有抑制晶粒形核和长大的作用，其截面结构不为柱状结构。
②从薄膜力学性能来看，无论是否有离子源辅助沉积，当偏压为-200V时，薄膜硬度最高，在物理气相沉积制备TiN薄膜时适当增加偏压，能够提高薄膜的硬度，同时离子源的辅助能够进一步提高薄膜的韧性，使薄膜增硬的同时达到增韧的目的。在Ti/TiN薄膜的基础上制备不同Cu含量的Ti/TiN/TiC-Cu多层膜。适量的Cu元素掺杂TiC能够有效提高薄膜的耐磨损性能，当Cu靶电流为0.1A，Cu含量约为8%时，薄膜的耐磨损性能最好，摩擦系数稳定在0.25。磨损的机理为粘着磨损和磨粒磨损，磨痕处存在大量粘着坑及犁沟。
③物理气相沉积制备薄膜的耐腐蚀性能与薄膜的结构和致密度密切相关。薄膜越致密，缺陷越少，腐蚀介质在薄膜中的腐蚀扩展路径越长，越不容易与基材接触而导致基材的腐蚀。通过改变偏压及离子源辅助沉积薄膜能够有效提高薄膜的耐腐蚀性能。当偏压为-400V，离子源大小为1A时，Ti/TiN薄膜的腐蚀电流密度低达7.918×10-8A/cm2，电化学阻抗值高达7.5×105Ωcm2。Ti/TiN/TiC-Cu多层膜对基材的耐腐蚀性能提高不明显，这与薄膜结构以及Cu元素的电化学特性有关。