發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 06:24

　　 近年來,鎂合金由于其優(yōu)良性能,受到人們的關(guān)注,被廣泛應(yīng)用于陸地交通工具、航空航天、3C產(chǎn)品等領(lǐng)域。然而,鎂合金的硬度和耐腐蝕性能較差,嚴(yán)重限制了其廣泛應(yīng)用。提高鎂合金的表面性能是當(dāng)前鎂合金開發(fā)與研究的重要課題。目前主要采用的各類表面技術(shù)中,磁控濺射由于具有薄膜質(zhì)量好、密度和純度高、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是制備表面涂層的最佳方法之一。本文采用磁控濺射技術(shù)在AZ91鎂合金基底表面制備出氮化鋁膜,采用正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)兩種方法分別研究了磁控濺射主要工藝對膜層性能的影響,分析了各性能指標(biāo)之間可能存在的關(guān)系情況,并通過對膜層組織結(jié)構(gòu)的分析,重點(diǎn)分析了磁控濺射主要工藝影響膜層硬度和耐蝕性的原因。首先利用正交試驗(yàn)方法,以氮化鋁膜硬度、耐模擬人體汗液腐蝕、膜厚、膜層與基底結(jié)合力、表面粗糙度等單一性能和以硬度、耐蝕性為主的綜合性能為指標(biāo),對影響上述性能的濺射功率、濺射時(shí)間、基底加熱溫度、氬氣/氮?dú)獗壤却趴貫R射工藝因素的影響程度進(jìn)行了研究,并得到了獲得最佳性能的因素水平組合。研究發(fā)現(xiàn),磁控濺射主要工藝因素均不同程度地影響膜層性能,但在各因素的取值范圍內(nèi),影響性能的因素次序以及對應(yīng)于最佳性能的因素水平并非完全相同。而從各因素的影響程度以及因素最優(yōu)值來看,膜層的硬度與膜層厚度之間應(yīng)該有一定的關(guān)聯(lián),而膜層的耐蝕性與膜層的表面粗糙度之間有一定關(guān)聯(lián)。在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn),研究了各因素對膜層組織和硬度、耐蝕性能性能的具體影響,并分析了影響組織和性能的原因。研究表明,因素取值的改變,將影響膜層生長的物理過程,使膜層的晶粒形狀、大小、生長速度、晶粒取向、膜層表面狀況發(fā)生變化,從而影響到膜層的硬度和耐蝕性。具體來講,硬度的變化主要與膜層中氮化鋁晶粒的(002)面擇優(yōu)取向有關(guān),與膜層厚度也有一定關(guān)系。增大濺射功率或者增加濺射時(shí)間,可使氮化鋁擇優(yōu)取向度提高,膜厚增大,故膜層硬度變大�；准訜釡囟仍龃�,雖然膜厚增加,但不利于擇優(yōu)取向,故對膜層硬度無確定的影響規(guī)律。對膜層耐蝕性而言,膜層致密度和厚度是影響膜層耐蝕性的主要因素。濺射功率較大時(shí)易使膜層表面出現(xiàn)較多孔洞缺陷,容易形成腐蝕通道,耐蝕性能低,而濺射功率過小時(shí)膜厚太小,耐蝕性能也較差。濺射溫度較高或者濺射時(shí)間較長時(shí)可形成較為致密且表面粗糙度較小的膜層,膜層厚度也較大,耐蝕性能較好。氮?dú)?氬氣比例越大,膜厚越小,耐蝕性越差。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備2.2.1 磁控濺射設(shè)備磁控濺射所有試樣均使用JZCK-450型磁控濺射設(shè)備制備，設(shè)備實(shí)體如圖2-1 所示。設(shè)備主要包括控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、靶電源、真空室、冷卻系統(tǒng)等。由于氮化鋁為非導(dǎo)體，靶電源使用射頻電源。試樣臺位于真空室上部，可以對試樣進(jìn)行加熱，加熱溫度范圍為室溫 25℃到 300℃。樣品臺可旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)速率為 2～30 轉(zhuǎn)/分。實(shí)驗(yàn)中通過冷卻系統(tǒng)對真空室和真空系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，冷卻水水溫控制在 25℃左右。圖 2-1 磁控濺射設(shè)備Fig.2-1 The Equipment of magnetron sputtering2.2.2 其他設(shè)備（1）粗糙度檢測設(shè)備：LSM700 激光共聚焦掃描顯微鏡。（2）結(jié)合力檢測設(shè)備：WS-2005 涂層附著力劃痕儀。（3）膜層表面、截面形貌觀察設(shè)備：Sigma500AMCS 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡。?

圖 2-2 膜厚測量方法Fig.2-2 The measuring method of film thickness糙度檢測激光共聚焦掃描顯微鏡測定膜層表面粗糙度，每個(gè)試樣選取三個(gè)視上選取橫三條、豎三條及對角線兩條線共計(jì)八條線，取這八條線該視場的粗糙度值，取三處視場的平均粗糙度作為本組試樣的粗合力檢測力按照劃網(wǎng)格法（ISO 2409）進(jìn)行測定，使用 WS-2005 涂層劃痕面劃 10 乘 10 的網(wǎng)格后，使用膠帶粘在膜表面然后取下膠帶，毛刷觀察交叉線附近膜層剝落情況并統(tǒng)計(jì)，使用畫網(wǎng)格后膜未剝落的交比例乘以 100 表示結(jié)合力強(qiáng)弱。

150 200 250 30045678硬度/GPa溫度/℃圖 4-3 基底加熱溫度對膜層硬度的影響Fig.4-3 The influence of substrate heating temperature on the hardness of film.2.2 工藝參數(shù)對氮化鋁膜層形貌、膜厚和組織的影響.2.2.1 氮化鋁膜層的斷面形貌分析圖 4-4 為功率變化組 150W（Y10）和 200W（Y1）組試樣脆斷件斷面的掃描照片，其中時(shí)間、溫度和氬氣/氮?dú)夤に嚲鶠?4h、200℃和 1:1，功率分別為 150 200W�？梢钥闯�，氮化鋁膜層均為柱狀晶組成。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2889822