本課題以純Ti靶和純Al靶位靶材,利用反應(yīng)磁控濺射的方式在9SiCr和玻璃基體上制備了二元氮化物薄膜TiN和三元氮化物薄膜TiAlN。通過控制氮?dú)夥謮?襯底偏壓和濺射功率等實(shí)驗(yàn)參數(shù),探索了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)TiN薄膜生長,微觀結(jié)構(gòu)以及色澤變化的影響。通過改變反應(yīng)氣壓,基體溫度以及A1靶功率研究了工藝參數(shù)對(duì)TiAlN薄膜表面形貌,疏水性,耐磨性和耐蝕性的影響。利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射譜(XRD)、接觸角測量儀、顯微硬度計(jì)、電化學(xué)工作站等設(shè)備對(duì)薄膜的組織結(jié)構(gòu),形貌和性能進(jìn)行表征,研究發(fā)現(xiàn):(1)制備的TiN薄膜為FCC結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)(111)的擇優(yōu)取向,改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)不能改變薄膜結(jié)構(gòu)但會(huì)引起薄膜擇優(yōu)取向的變化。改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)會(huì)明顯影響TiN薄膜的微觀結(jié)構(gòu);隨著襯底偏壓的增大,晶粒明顯細(xì)化;實(shí)驗(yàn)制備的TiAlN薄膜均為FCC結(jié)構(gòu),且均呈現(xiàn)(111)的擇優(yōu)取向,TiAlN以Ti3AlN的形式存在,實(shí)驗(yàn)參數(shù)的改變不會(huì)改變薄膜的擇優(yōu)取向。(2)反應(yīng)氣壓對(duì)薄膜的形貌影響最大,隨著反應(yīng)氣壓增大,薄膜由島狀生長方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷訝钌L�；w溫度的升高,提高了薄膜的致密性,減少了缺陷,同時(shí)使得晶粒變大。Al靶功率在50W-150W范圍內(nèi)的增大有利于晶粒細(xì)化降低表面粗糙度。(3)Al靶功率為200W條件下制備的薄膜及基體溫度為300℃和400℃條件下制備的薄膜呈現(xiàn)疏水性,接觸角隨著晶粒尺寸的增大而增大。(4)本次實(shí)驗(yàn)制備的TiAlN薄膜的顯微硬度最高為2178HV,隨著反應(yīng)氣壓的增大薄膜的硬度降低,溫度對(duì)薄膜的顯微硬度影響不大,Al靶功率的增大使得顯微硬度增大。(5)制備的TiAlN薄膜的耐磨性跟耐蝕性最好的是2#試樣,制備工藝參數(shù)為:反應(yīng)氣壓為0.4Pa,基體溫度100℃,Al靶功率為100W。
【學(xué)位單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

圖１．１離子鍍７Ｋ意圖逡逑Ｆｉｇ．１．１邋Ｉｏｎ邋ｐｌａｔｉｎｇ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ．逡逑射鍍膜技術(shù)逡逑技術(shù)的原理是：用正離子通常是Ａｒ＋在真空室內(nèi)材），將沉積材料原子濺射出來，然后使濺射出面上沉積成膜的技術(shù)［４８］。濺射鍍膜的濺射過程可的濺射；濺射原子的遷移過程；濺射原子在基技術(shù)的示意圖。濺射鍍膜類型主要有兩種：離子：在真空環(huán)境下，利用離子源產(chǎn)生一定能量的足夠的能量而濺射出來，向基體運(yùn)動(dòng)并在基體［４９－５｜１：邋１）涂層質(zhì)量較好，與基體結(jié)合牢固；２）

真空室一＾邐抬氣逡逑圖１．１離子鍍７Ｋ意圖逡逑Ｆｉｇ．１．１邋Ｉｏｎ邋ｐｌａｔｉｎｇ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ．逡逑１．２．２．３真空派射鍍膜技術(shù)逡逑濺射鍍膜技術(shù)的原理是：用正離子通常是Ａｒ＋在真空室內(nèi)通過轟擊陰極（沉逡逑積材料做的靶材），將沉積材料原子濺射出來，然后使濺射出來的粒子通過遷逡逑移到達(dá)基片表面上沉積成膜的技術(shù)［４８］。濺射鍍膜的濺射過程可以分為三個(gè)階段逡逑組成：靶材原子的濺射；濺射原子的遷移過程；濺射原子在基體表面沉積。圖逡逑１．２為濺射鍍膜技術(shù)的示意圖。濺射鍍膜類型主要有兩種：離子束濺射和氣體放逡逑電濺射。逡逑離子束濺射：在真空環(huán)境下，利用離子源產(chǎn)生一定能量的離子束轟擊靶材，逡逑使靶材原子獲得足夠的能量而濺射出來，向基體運(yùn)動(dòng)并在基體表面沉積的過程。逡逑其特點(diǎn)如下［４９－５｜１：邋１）涂層質(zhì)量較好，與基體結(jié)合牢固；２）任何材料都能逡逑濺射鍍膜，應(yīng)用廣泛；３）離子束可控性強(qiáng)，適用于研究實(shí)驗(yàn)；４）靶材面積太逡逑小，被轟擊濺出來的原子較少，沉積速率較低；５）濺射設(shè)備容量小，操作成本逡逑較高。逡逑氣體放電濺射：氣體在低壓下放電，產(chǎn)生等離子體，通過電場的加速作用逡逑成為高能粒子

圖２．１實(shí)驗(yàn)步驟流程圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｆｌｏｗ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．逡逑膜沉積的設(shè)備與方法逡逑驗(yàn)材料逡逑驗(yàn)所使用的材料：Ａ１靶（純度為９９．９９％）和Ｔｉ靶（純度，０５０．３ｍｍ，厚度５ｍｍ，冷鑲嵌料。Ａｒ（純度９９．９９％）和反％）各一■瓶�；w材料為邋１５ｍｍ＞＜１５ｍｍｘ５ｍｍ邋的邋９ＳｉＣｒ邋和邋５０片若干�；w表面清洗材料為分析純的丙酮和無水乙醇。逡逑驗(yàn)設(shè)備逡逑實(shí)驗(yàn)使用的鍍膜儀器是沈陽科友真空技術(shù)有限公ＲＤ－０３－２１型磁控濺射儀。在高真空條件下，通入高純Ａｔ氣

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