近年來,鎂合金由于其優(yōu)良性能,受到人們的關注,被廣泛應用于陸地交通工具、航空航天、3C產(chǎn)品等領域。然而,鎂合金的硬度和耐腐蝕性能較差,嚴重限制了其廣泛應用。提高鎂合金的表面性能是當前鎂合金開發(fā)與研究的重要課題。目前主要采用的各類表面技術中,磁控濺射由于具有薄膜質量好、密度和純度高、對環(huán)境友好等優(yōu)點,被認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在AZ91鎂合金基底表面制備出氮化鋁膜,采用正交試驗和單因素試驗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,分析了各性能指標之間可能存在的關系情況,并通過對膜層組織結構的分析,重點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,對影響上述性能的濺射功率、濺射時間、基底加熱溫度、氬氣/氮氣比例等磁控濺射工藝因素的影響程度進行了研究,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,影響性能的因素次序以及對應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該有一定的關聯(lián),而膜層的耐蝕性與膜層的表面粗糙度之間有一定關聯(lián)。在正交試驗的基礎上進行了單因素實驗,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,與膜層厚度也有一定關系。增大濺射功率或者增加濺射時間,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,而濺射功率過小時膜厚太小,耐蝕性能也較差。濺射溫度較高或者濺射時間較長時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。氮氣/氬氣比例越大,膜厚越小,耐蝕性越差。
【學位單位】：內蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【部分圖文】：

2.2 實驗設備2.2.1 磁控濺射設備磁控濺射所有試樣均使用JZCK-450型磁控濺射設備制備，設備實體如圖2-1 所示。設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，可以對試樣進行加熱，加熱溫度范圍為室溫 25℃到 300℃。樣品臺可旋轉，旋轉速率為 2～30 轉/分。實驗中通過冷卻系統(tǒng)對真空室和真空系統(tǒng)進行冷卻，冷卻水水溫控制在 25℃左右。圖 2-1 磁控濺射設備Fig.2-1 The Equipment of magnetron sputtering2.2.2 其他設備（1）粗糙度檢測設備：LSM700 激光共聚焦掃描顯微鏡。（2）結合力檢測設備：WS-2005 涂層附著力劃痕儀。（3）膜層表面、截面形貌觀察設備：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，每個試樣選取三個視上選取橫三條、豎三條及對角線兩條線共計八條線，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，使用畫網(wǎng)格后膜未剝落的交比例乘以 100 表示結合力強弱。

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，其中時間、溫度和氬氣/氮氣工藝均為 4h、200℃和 1:1，功率分別為 150 200W。可以看出，氮化鋁膜層均為柱狀晶組成。
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本文編號：2889822