目的研究多層薄膜的界面對薄膜性能的影響。方法通過直流磁控濺射法在45#鋼表面制備Ti N及Ti/Ti N多層薄膜,采用掃描電鏡和XRD衍射分析儀對薄膜表面形貌及相結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析,使用納米壓痕儀、電子薄膜應(yīng)力分布測試儀對Ti N及Ti/Ti多層薄膜的力學(xué)性能以及殘余應(yīng)力大小進(jìn)行研究,并運(yùn)用電化學(xué)設(shè)備對Ti N及不同調(diào)制周期的Ti/Ti多層薄膜的耐腐蝕性能進(jìn)行研究。結(jié)果制備的Ti N及Ti/Ti N多層薄膜表面光滑且結(jié)構(gòu)致密,Ti N晶粒細(xì)小且為非晶相;薄膜力學(xué)性能良好,內(nèi)部均存在殘余壓應(yīng)力。隨著調(diào)制周期的減小,彈性模量和硬度先減小后增大,內(nèi)部殘余應(yīng)力逐漸減小且分布不均勻程度逐漸增大。薄膜在H₂SO₄中的腐蝕試驗表明:當(dāng)Ti/Ti N多層薄膜調(diào)制周期為1μm時,多層薄膜的耐腐蝕性能不如Ti N薄膜,隨著Ti/Ti N多層薄膜隨調(diào)制周期的減小,多層薄膜的耐腐蝕性能逐漸升高;當(dāng)調(diào)制周期為0.5μm時,Ti/Ti N多層薄膜的耐蝕性能已超過Ti N薄膜。結(jié)論 Ti/Ti N多層薄膜界面的增多有助于減小薄膜的殘余應(yīng)力,并且可提高薄膜的耐蝕性能。 

【文章來源】：表面技術(shù). 2015,44(12)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

TiN薄膜的表面形貌

屯?為分別為TiN和Ti/TiN多層的XＲD圖譜。從圖中可以看出TIN薄膜圖譜中只含有(111)和(222)特征衍射峰，分析發(fā)現(xiàn)薄膜為純σ-TiN相，表現(xiàn)出(111)擇優(yōu)取向生長，使得整個系統(tǒng)具有較低的自由能。由于衍射峰出現(xiàn)漫散寬化的現(xiàn)象，可得出膜中的TiN晶粒較細(xì)校Ti/TiN多層薄膜中出現(xiàn)了(110)和(002)生長方向的Ti峰，基線平直并且接近于0，表明薄膜生長良好，Ti表現(xiàn)出(110)方向的生長特性，當(dāng)調(diào)制周期為0．5μm時，TiN和Ti的衍射峰都有所增強(qiáng)，并且出現(xiàn)了Ti(002)和TiN(222)衍射峰。但所調(diào)制周期的厚度的減小Ti(110)方向的生長特圖2TiN薄膜的XＲD衍射譜Fig．2XＲDdiffractionspectrumofTiNfilm圖3Ti/TiN多層薄膜的XＲD衍射譜Fig．3XＲDdiffractionspectrumofTi/TiNmultilayerfilm性相對于TiN(111)方向強(qiáng)度有所增強(qiáng)，說明調(diào)制周期對多層薄膜的生長取向存在影響。2．3薄膜納米力學(xué)性能分析表征薄膜力學(xué)性能的主要參數(shù)有硬度和彈性模量等。本文利用納米壓痕儀對TiN及Ti/TiN多層薄膜進(jìn)行固定壓入深度為100nm的壓痕實驗，得出載荷-位移曲線如圖4所示。圖4TiN及Ti/TiN多層薄膜的載荷-位移曲線圖Fig．4Load-displacementcurvesofofTi/TiNmultilayerfilm從圖4中可以看出TiN及Ti/TiN多層薄膜曲線流暢，并沒有出現(xiàn)鋸齒形波動和斷開的現(xiàn)象，說明薄膜表面光滑，壓入過程中并未出現(xiàn)裂紋。固定100nm壓入深度的情況下，TiN薄膜所需的壓入載荷明顯高于多層薄膜，TiN薄膜抵抗外加載荷的能力最強(qiáng)，因此抵抗塑性變形的能力最強(qiáng)，TiN薄膜的殘余壓深最小，可知TiN薄膜塑性變形最校利用納米壓痕儀對試樣進(jìn)行連續(xù)剛度試驗，獲得材料的硬度和彈性模量。測得TiN薄膜的硬度和彈性模量與接觸深度之間的關(guān)系如圖5所示。從圖中·82·

譜中只含有(111)和(222)特征衍射峰，分析發(fā)現(xiàn)薄膜為純σ-TiN相，表現(xiàn)出(111)擇優(yōu)取向生長，使得整個系統(tǒng)具有較低的自由能。由于衍射峰出現(xiàn)漫散寬化的現(xiàn)象，可得出膜中的TiN晶粒較細(xì)校Ti/TiN多層薄膜中出現(xiàn)了(110)和(002)生長方向的Ti峰，基線平直并且接近于0，表明薄膜生長良好，Ti表現(xiàn)出(110)方向的生長特性，當(dāng)調(diào)制周期為0．5μm時，TiN和Ti的衍射峰都有所增強(qiáng)，并且出現(xiàn)了Ti(002)和TiN(222)衍射峰。但所調(diào)制周期的厚度的減小Ti(110)方向的生長特圖2TiN薄膜的XＲD衍射譜Fig．2XＲDdiffractionspectrumofTiNfilm圖3Ti/TiN多層薄膜的XＲD衍射譜Fig．3XＲDdiffractionspectrumofTi/TiNmultilayerfilm性相對于TiN(111)方向強(qiáng)度有所增強(qiáng)，說明調(diào)制周期對多層薄膜的生長取向存在影響。2．3薄膜納米力學(xué)性能分析表征薄膜力學(xué)性能的主要參數(shù)有硬度和彈性模量等。本文利用納米壓痕儀對TiN及Ti/TiN多層薄膜進(jìn)行固定壓入深度為100nm的壓痕實驗，得出載荷-位移曲線如圖4所示。圖4TiN及Ti/TiN多層薄膜的載荷-位移曲線圖Fig．4Load-displacementcurvesofofTi/TiNmultilayerfilm從圖4中可以看出TiN及Ti/TiN多層薄膜曲線流暢，并沒有出現(xiàn)鋸齒形波動和斷開的現(xiàn)象，說明薄膜表面光滑，壓入過程中并未出現(xiàn)裂紋。固定100nm壓入深度的情況下，TiN薄膜所需的壓入載荷明顯高于多層薄膜，TiN薄膜抵抗外加載荷的能力最強(qiáng)，因此抵抗塑性變形的能力最強(qiáng)，TiN薄膜的殘余壓深最小，可知TiN薄膜塑性變形最校利用納米壓痕儀對試樣進(jìn)行連續(xù)剛度試驗，獲得材料的硬度和彈性模量。測得TiN薄膜的硬度和彈性模量與接觸深度之間的關(guān)系如圖5所示。從圖中·82·


本文編號：3276213