【摘要】：真空濺射鍍膜是提高零部件表面性能、延長其使用壽命的一種重要手段。然而對復雜形狀工件,如頭罩、凸輪、模具等,工件表面不同部位與靶材之間存在不同的角度,薄膜沉積時將產(chǎn)生斜入射的陰影效應,從而引起工件表面不同部位沉積薄膜厚度、結(jié)構(gòu)和性能的差異。在工件服役過程中,一旦性能最薄弱處薄膜發(fā)生失效,整個工件也就不能再正常使用。因此系統(tǒng)掌握異形工件表面不同部位膜厚、結(jié)構(gòu)和性能的均勻性分布,并針對性的進行工藝優(yōu)化,對提高零部件的整體服役壽命具有十分重要的工程意義。本文以半球形工件這一具有代表性的三維實體工件作為模型工件,以金屬鈦膜為代表性薄膜,首先研究了直流磁控濺射(DCMS)和高功率脈沖磁控濺射(HPPMS)兩種方法在半球形工件內(nèi)、外表面沉積薄膜的均勻性。研究結(jié)果表明HPPMS沉積薄膜的結(jié)構(gòu)和性能均勻性優(yōu)于DCMS方法沉積的薄膜。在此基礎上,進一步研究HPPMS方法中的工藝參數(shù)對沉積薄膜均勻性的影響規(guī)律,其中重點研究了基體偏壓對半球形工件內(nèi)、外表面的薄膜沉積速率、薄膜結(jié)構(gòu)和性能均勻性的影響規(guī)律。薄膜沉積前,在半球形工件內(nèi)、外表面沿同一經(jīng)線,等角度的放置(20*10mm)7片硅片。薄膜沉積后,通過臺階儀、XRD、顯微壓痕和SEM等手段對半球形工件內(nèi)、外表面不同部位硅貼片上沉積鈦膜的沉積速率、相結(jié)構(gòu)、顯微硬度、斷面形貌進行測試和表征,在此基礎上對工件內(nèi)外表面沉積薄膜的均勻性進行分析。主要研究結(jié)果如下:(1)采用DCMS制備薄膜時,在半球形工件內(nèi)表面,薄膜沉積速率隨著樣品傾斜角度的增加而增加,在工件內(nèi)表面總體呈現(xiàn)"邊緣厚底部薄"的分布規(guī)律(注:樣品傾斜角是指樣品所在位置的法線方向與靶材法線方向之間的夾角,其中半球形工件底部為0度,工件邊緣為90度);薄膜硬度隨著樣品傾斜角度的增加而大幅降低;薄膜晶體結(jié)構(gòu)從邊緣到底部有明顯的擇優(yōu)取向差異。在半球形工件外表面,薄膜沉積速率隨著樣品傾斜角的增加而降低,薄膜晶體結(jié)構(gòu)的取向同樣隨著樣品傾斜角度的變化而出現(xiàn)差異,薄膜硬度隨著樣品傾角的增加而降低。采用HPPMS制備薄膜時,在半球形工件內(nèi)、外表面,薄膜沉積速率及硬度都隨樣品傾斜角度的增加而降低,對于半球形工件內(nèi)表面薄膜晶體結(jié)構(gòu)取向一致,而半球形工件外表面的薄膜晶體隨角度的變化其晶面擇優(yōu)取向發(fā)生變化。總體說來,在半球形工件內(nèi)外表面,HPPMS制備薄膜的的均勻性明顯優(yōu)于DCMS方法制備薄膜。(2)HPPMS制備薄膜時,隨著基體偏壓的增加,半球形工件內(nèi)表面薄膜沉積速率降低,薄膜硬度增加;但是不同位置處薄膜沉積速率、晶體結(jié)構(gòu)和硬度的差別減少,均勻性得到了提高;(3)HPPMS制備薄膜時,在半球形工件外表面,基體偏壓增加能有效改善沉積薄膜硬度分布的均勻性,但對薄膜沉積速率的分布及均勻性的影響較小。隨著偏壓的增加工件外表面不同位置處薄膜晶面擇優(yōu)取向出現(xiàn)差異�？傮w說來,基體偏壓對半球形工件外表面沉積薄膜的均勻性影響不如對內(nèi)表面沉積薄膜均勻性影響大。本文的研究結(jié)果對了解半球工件內(nèi)外表面沉積薄膜的均勻性分布及均勻性優(yōu)化具有重要的參考價值。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.444

【參考文獻】

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本文編號：2655164