本文關鍵詞：等離子體增強磁控濺射法制備CrN薄膜工藝及其性能的研究

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【摘要】：磁控濺射制備技術是近些年來迅速發(fā)展的一種材料表面改性的重要手段之一,具有低溫、低成本、高效率等特點,并具備實現(xiàn)工業(yè)化生產的發(fā)展前景和廣泛應用于各種化合物薄膜的沉積與制備。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,傳統(tǒng)工藝制備的涂層不再滿足當今苛刻的應用環(huán)境,故在以上制備方法的基礎上采用等離子體增強平衡磁控濺射來制備涂層,除了具備以上特點,還具備“高離化率”的特點。本論文實驗采用等離子體增強平衡磁控濺射鍍膜設備制備CrN薄膜。重點研究了氮氣流量比和基體負偏壓的工藝參數(shù)對制備的CrN薄膜組織和性能的影響。分別利用掃描電子顯微鏡、X射線能譜儀、X射線衍射儀、霍爾效應儀、臺階儀、顯微硬度計、摩擦磨損試驗機和劃痕儀較系統(tǒng)的研究了CrN薄膜的厚度、沉積速率、組織結構、形貌、化學成分以及力學性能。研究結果表明:隨著N2含量的增加,CrN薄膜的沉積速率下降,其原因與薄膜本身的導電性有關;CrN(220)衍射峰逐漸向小角度出現(xiàn)一定的偏移。N2含量≥40%后,涂層中Cr、N原子比最接近1:1,形貌也不再變化;隨著氮氣含量的增加,薄膜的物相結構由Cr2N、Cr2N+CrN、CrN變化。在同樣的濺射功率下,隨著偏壓的增加,薄膜的沉積速率下降;并且偏壓的改變不影響薄膜的化學組成,而是改變離化后離子的能量,從而影響薄膜的熱力學和動力學行為;除了0V的實驗外,基底負偏壓由-70V增加到-125V時,CrN薄膜擇優(yōu)生長發(fā)生了(111)向(200)轉變;基體偏壓為-70 V時,薄膜的力學性能較好。
【關鍵詞】：等離子體 磁控濺射 CrN薄膜
【學位授予單位】：遼寧科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 緒論9-20
• 1.1 前言9
• 1.2 氣相沉積技術9-12
• 1.2.1 物理氣相沉積9-11
• 1.2.2 化學氣相沉積11-12
• 1.3 磁控濺射技術12-16
• 1.3.1 傳統(tǒng)磁控濺射技術12-13
• 1.3.2 磁控濺射原理13-15
• 1.3.3 等離子增強技術15-16
• 1.4 氮化鉻涂層國內外發(fā)展動態(tài)16-19
• 1.4.1 氮化鉻的結構和性能16-17
• 1.4.2 氮化鉻基多元結構17
• 1.4.3 氮化鉻基多層結構17-18
• 1.4.4 氮化鉻基納米結構18
• 1.4.5 氮化鉻基梯度結構18-19
• 1.5 本論文研究目的和內容19-20
• 2. 實驗材料及設備表征20-31
• 2.1 實驗材料20
• 2.2 等離子體增強磁場磁控濺射鍍膜設備20-24
• 2.2.1 設備構成21-23
• 2.2.2 工藝操作流程23-24
• 2.3 樣品的表征方法簡介24-31
• 2.3.1 薄膜的厚度及導電性測試25-26
• 2.3.2 薄膜的結構表征26-29
• 2.3.3 硬質薄膜的力學性能測試29-31
• 3. 不同N_2流量比對CrN_x薄膜微觀結構及力學性能的影響31-44
• 3.1 實驗方法31-32
• 3.1.1 實驗工藝參數(shù)31-32
• 3.2 實驗結果與討論32-42
• 3.2.1 沉積速率與遲滯回線32-34
• 3.2.2 晶體結構34-36
• 3.2.3 表面形貌與化學成份36-39
• 3.2.4 顯微硬度39-40
• 3.2.5 摩擦性能與結合力40-42
• 3.3 實驗檢測結果42-43
• 3.4 本章小結43-44
• 4. 不同基體負偏壓對制備CrN薄膜結構和性能的影響44-52
• 4.1 實驗方法44-45
• 4.1.1 實驗工藝參數(shù)44-45
• 4.2 實驗結果分析與討論45-51
• 4.2.1 沉積速率45
• 4.2.2 化學成份45-47
• 4.2.3 晶體結構47-48
• 4.2.4 表面形貌48-49
• 4.2.5 顯微硬度49-50
• 4.2.6 摩擦磨損與結合力50-51
• 4.3 本章實驗檢測結果51
• 4.4 本章小結51-52
• 5. 結論52-53
• 參考文獻53-57
• 致謝57-58
• 作者簡介58-59

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