本文關(guān)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(shù)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(chǎn)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(chǔ)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(shè)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(jié)構(gòu)、形貌、化學成分以及力學性能。研究結(jié)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(guān);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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變;基體偏壓為-70 V時,薄膜的力學性能較好。
【關(guān)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(shù)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(shù)12-16
• 1.3.1 傳統(tǒng)磁控濺射技術(shù)12-13
• 1.3.2 磁控濺射原理13-15
• 1.3.3 等離子增強技術(shù)15-16
• 1.4 氮化鉻涂層國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)16-19
• 1.4.1 氮化鉻的結(jié)構(gòu)和性能16-17
• 1.4.2 氮化鉻基多元結(jié)構(gòu)17
• 1.4.3 氮化鉻基多層結(jié)構(gòu)17-18
• 1.4.4 氮化鉻基納米結(jié)構(gòu)18
• 1.4.5 氮化鉻基梯度結(jié)構(gòu)18-19
• 1.5 本論文研究目的和內(nèi)容19-20
• 2. 實驗材料及設(shè)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(shè)備20-24
• 2.2.1 設(shè)備構(gòu)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(jié)構(gòu)表征26-29
• 2.3.3 硬質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)合力40-42
• 3.3 實驗檢測結(jié)果42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4. 不同基體負偏壓對制備CrN薄膜結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)合力50-51
• 4.3 本章實驗檢測結(jié)果51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 5. 結(jié)論52-53
• 參考文獻53-57
• 致謝57-58
• 作者簡介58-59

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