本文關(guān)鍵詞：磁控濺射制備Cu-Zr合金薄膜及其性能研究

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【摘要】：近年來,非晶合金薄膜由于其微觀上短程有序長程無序的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、良好的生物相容性、優(yōu)異的耐腐性等,已經(jīng)得到了越來越多的關(guān)注。磁控濺射技術(shù)雖然是最成熟的鍍膜技術(shù)之一,然而磁控濺射發(fā)沉積非晶合金薄膜依然是很具有挑戰(zhàn)性的話題。本文選擇非晶形成能力較強的Cu50Zr50合金薄膜作為研究對象。利用磁控濺射鍍膜技術(shù),首先在利于薄膜結(jié)構(gòu)表征的單晶硅基底上鍍上一層Cu50Zr50非晶合金薄膜,綜合利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等材料分析設(shè)備對不同磁控濺射參數(shù)制備的Cu-Zr合金薄膜的基本結(jié)構(gòu)、表面形貌、截面形貌進行表征;然后在Ti-6Al-4V合金基底上鍍上一系列不同磁控濺射參數(shù)的薄膜,利用電化學(xué)工作站、摩擦磨損儀、接觸角測量儀、抗菌性實驗裝置研究不同磁控濺射工藝制備的Cu-Zr合金薄膜的電化學(xué)腐蝕性能、耐磨性能、親疏水性能、表面能與抗菌效果。磁控濺射的功率越高、時間越長,薄膜的厚度越大,基片的溫度越高。本課題目的在于制備Cu-Zr非晶合金薄膜,研究發(fā)現(xiàn),薄膜的結(jié)晶傾向性和基片的溫度有關(guān),基片溫度越高,薄膜的結(jié)晶傾向性越強。Cu-Zr合金薄膜是以納米玻璃的形式存在的,這種納米玻璃由很多原子團簇組成。磁控濺射的功勞越高、時間越長,則原子團簇的尺寸越大。磁控濺射沉積薄膜的過程可以分為兩個階段:第一階段是新相形成階段,薄膜表面的粗糙度逐漸增大;第二階段是薄膜生長階段,擴散起主要作用,薄膜表面的粗糙度逐漸減小。薄膜和基片之間存在擴散層,基片的溫度越高,擴散層的厚度越大。對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進行了電化學(xué)腐蝕實驗,得到了塔菲爾極化曲線和自腐蝕電位、自腐蝕電流等電化學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明:在0.9%的Na Cl溶液中,磁控濺射時間越長和功率越高,所制備的Cu-Zr合金薄膜的耐腐蝕性越好。對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進行了摩擦磨損實驗,得到了不同磁控濺射參數(shù)制備的Cu-Zr合金薄膜的摩擦系數(shù)隨時間變化的曲線。結(jié)果表明:磁控濺射時間越長和功率越高,所制備的Cu-Zr合金薄膜的耐磨性能越好。對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進行了表面能測試,得到了不同磁控濺射參數(shù)制備的Cu-Zr合金薄膜的接觸角和表面能。結(jié)果表明,磁控濺射的功率越大,Cu-Zr合金薄膜的表面能越大;隨著磁控濺射時間的延長,在磁控濺射第一階段,Cu-Zr合金薄膜的表面能增大,在磁控濺射的第二階段,Cu-Zr合金表面能逐漸減小。對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進行了抗菌性測試,得到了不同樣品對應(yīng)的菌落圖和抗菌率。結(jié)果表明,Cu-Zr合金薄膜具有很強的抗菌性,抗菌效果好于基片Ti-6Al-4V合金,Cu-Zr合金薄膜的表面疏水性越好,抗菌性越好。
【關(guān)鍵詞】：非晶合金薄膜 磁控濺射 結(jié)構(gòu) 腐蝕性能 磨損行為
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.11;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 前言10-11
• 1.2 常用鍍膜方法簡介11-12
• 1.3 非晶合金薄膜的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀12-20
• 1.3.1 非晶合金薄膜力學(xué)行為研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 非晶合金制備方法研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.3 非晶合金薄膜性能研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 材料制備與分析測試方法22-26
• 2.1 Cu-Zr合金薄膜樣品的制備22-23
• 2.2 分析測試方法23-26
• 2.2.1 X射線衍射分析23
• 2.2.2 掃描和能譜分析23
• 2.2.3 原子力顯微測試23-24
• 2.2.4 電化學(xué)腐蝕測試24
• 2.2.5 摩擦磨損測試24-25
• 2.2.6 接觸角測試25
• 2.2.7 抗菌性測試25-26
• 第3章 Cu-Zr非晶合金薄膜基本結(jié)構(gòu)表征26-47
• 3.1 前言26
• 3.2 Cu-Zr合金薄膜X射線衍射分析26-32
• 3.3 Cu-Zr薄膜表面SEM圖及其分析32-37
• 3.4 Cu-Zr合金薄膜表面原子力顯微及其分析37-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 第4章 Cu-Zr合金薄膜性能研究47-63
• 4.1 前言47
• 4.2 Cu-Zr合金薄膜的電化學(xué)腐蝕行為47-50
• 4.3 Cu-Zr合金薄膜的摩擦磨損行為50-53
• 4.4 Cu-Zr合金薄膜的表面能53-59
• 4.5 Cu-Zr合金薄膜的抗菌性測試59-61
• 4.6 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-73
• 致謝73

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本文編號：949059