多弧离子镀制备Ti/TiN多层薄膜的摩擦学和耐腐蚀性能
发布时间：2021-06-06 13:59
TiN作为第一个产业化的硬质薄膜,经历近四十年的发展,依旧活跃在工业防护领域的方方面面。由于TiN薄膜的优越性能,硬度高、韧性好、与基体结合强度高、低的电阻率、抗磨损、耐腐蚀,且制备工艺符合绿色制造业理念,所以TiN薄膜在功能和应用领域仍有较大范围的提升空间。随着社会的进步与工业的发展,人们对于薄膜的综合性能要求越来越高,并且针对不同的使役需求开发出具有特殊性能的薄膜。而TiN由于自身缺陷,例如柱状晶结构,以及500℃以上易氧化性,限制了其在一定范围内的应用。Ti/TiN多层薄膜的沉积有助于抑制TiN柱状晶的生长,可提高单层TiN薄膜的硬度、韧性以及膜基结合力,显著改善薄膜的力学性能和耐磨损耐腐蚀性能。本文利用多弧离子镀设备通过改变Ti层和TiN层沉积时间,制备出不同调制比的Ti/TiN多层膜,并通过对比TiN单层薄膜,考察了不同调制比下Ti/TiN多层膜的力学性能、摩擦磨损性能以及电化学性能,结果表明:（1）制备的TiN单层薄膜柱状晶明显,Ti/TiN多层膜结构致密,且无明显缺陷。Ti/TiN多层膜均含有Ti和TiN两相,其中TiN相具有（111）面择优取向。多层膜的粗糙度均降低,表...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
薄膜沉积系统实物图
膜的微观形貌的差异会导致材料性能的差异，通过扫描电子显微镜(SEM仅能直观观察到薄膜表面状态，测量出薄膜厚度，还能通过薄膜的力学性能分析、摩擦学性能的作用机理提供依据。图iN 多层膜的表面形貌图像，在 100 倍图像下可以看出，薄膜在。在 1000 倍图像下看到表面分布有颗粒熔滴，随着 Ti/T粒数量呈降低趋势，颗粒逐渐细化，表面致密度随调制比增图像中薄膜表面无明显的孔洞等缺陷，薄膜呈现出较好的致 TiN 单层及 Ti/TiN 多层膜的截面形貌图像。图(a)为 TiN 单 典型柱状晶结构，图(b)、图(c)、图(d)和图(e)分别为样品 S1:7 截面图像，多层薄膜结构致密，无贯穿膜层的大颗粒，T，且薄膜系统与基体结合紧密，无明显缝隙。
iN 基薄膜截面形貌: (a) S1-TiN Single, (b) S2-1:1, (c) S3-1:3, (d) S4-1:膜物相分析 TiN 单层薄膜与 Ti/TiN 多层膜 XRD 谱。可以看出，TiN 单iN 多层膜中含有Ti 和TiN两相。四组多层膜样品中，Ti 相在射峰，随着 TiN 层沉积时间的增加，Ti 相衍射峰逐渐减弱11)、(200)、(220)和(311)面出现明显衍射峰，随着 TiN 层沉强度逐渐增强，且TiN相的(111)晶面衍射强度明显高于(200)片(87-0629)中，(111)晶面的衍射强度是(200)晶面衍射强度膜中 TiN 相出现(111)面择优取向。这是由于多弧离子镀弧率，增大了离子的迁移能，使得溅射出的粒子向着表面能较能量，从而出现(111)面择优取向[57]。研究表明，具有(111磨性、膜基结合力、硬度等力学性能上表现出更优异的特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温等离子体辅助脉冲直流磁控溅射制备TiN薄膜[J]. 吕起鹏,李刚,公发全,王锋,卢俊,孙龙,金玉奇. 真空科学与技术学报. 2014(11)
[2]多弧离子镀Ti/TiN膜的耐磨耐蚀性研究[J]. 李忠厚,马芹芹,杨迪,宫学博,郭腾腾. 热处理技术与装备. 2014(04)
[3]电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能[J]. 宋贵宏,娄茁,李锋,陈立佳. 中国有色金属学报. 2012(02)
[4]偏压对铀表面多弧离子镀Ti/TiN多层膜的结构及抗腐蚀性能影响研究[J]. 刘天伟,王小英,江帆,唐凯,魏强. 原子能科学技术. 2011(08)
[5]物理气相沉积技术的研究进展与应用[J]. 吴笛. 机械工程与自动化. 2011(04)
[6]CrN基复合薄膜的结构及摩擦磨损性能研究[J]. 张广安,王立平,刘千喜,薛群基. 摩擦学学报. 2011(02)
[7]硬质薄膜研究综述[J]. 李根,张高会. 宁波教育学院学报. 2010(05)
[8]反应等离子喷涂TiN涂层电化学腐蚀行为[J]. 李莎,阎殿然,董艳春,王师,高国旗,张志彬. 北京科技大学学报. 2009(09)
[9]化学气相沉积技术的研究与应用进展[J]. 杨西,杨玉华. 甘肃水利水电技术. 2008(03)
[10]电弧离子镀TiN及其复合膜的腐蚀机理探讨[J]. 史新伟,李杏瑞,邱万起,刘正义. 真空科学与技术学报. 2006(04)
本文编号：3214522
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
薄膜沉积系统实物图
膜的微观形貌的差异会导致材料性能的差异，通过扫描电子显微镜(SEM仅能直观观察到薄膜表面状态，测量出薄膜厚度，还能通过薄膜的力学性能分析、摩擦学性能的作用机理提供依据。图iN 多层膜的表面形貌图像，在 100 倍图像下可以看出，薄膜在。在 1000 倍图像下看到表面分布有颗粒熔滴，随着 Ti/T粒数量呈降低趋势，颗粒逐渐细化，表面致密度随调制比增图像中薄膜表面无明显的孔洞等缺陷，薄膜呈现出较好的致 TiN 单层及 Ti/TiN 多层膜的截面形貌图像。图(a)为 TiN 单 典型柱状晶结构，图(b)、图(c)、图(d)和图(e)分别为样品 S1:7 截面图像，多层薄膜结构致密，无贯穿膜层的大颗粒，T，且薄膜系统与基体结合紧密，无明显缝隙。
iN 基薄膜截面形貌: (a) S1-TiN Single, (b) S2-1:1, (c) S3-1:3, (d) S4-1:膜物相分析 TiN 单层薄膜与 Ti/TiN 多层膜 XRD 谱。可以看出，TiN 单iN 多层膜中含有Ti 和TiN两相。四组多层膜样品中，Ti 相在射峰，随着 TiN 层沉积时间的增加，Ti 相衍射峰逐渐减弱11)、(200)、(220)和(311)面出现明显衍射峰，随着 TiN 层沉强度逐渐增强，且TiN相的(111)晶面衍射强度明显高于(200)片(87-0629)中，(111)晶面的衍射强度是(200)晶面衍射强度膜中 TiN 相出现(111)面择优取向。这是由于多弧离子镀弧率，增大了离子的迁移能，使得溅射出的粒子向着表面能较能量，从而出现(111)面择优取向[57]。研究表明，具有(111磨性、膜基结合力、硬度等力学性能上表现出更优异的特性
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温等离子体辅助脉冲直流磁控溅射制备TiN薄膜[J]. 吕起鹏,李刚,公发全,王锋,卢俊,孙龙,金玉奇. 真空科学与技术学报. 2014(11)
[2]多弧离子镀Ti/TiN膜的耐磨耐蚀性研究[J]. 李忠厚,马芹芹,杨迪,宫学博,郭腾腾. 热处理技术与装备. 2014(04)
[3]电弧离子镀方法制备的Ti/TiN多层膜的结构与耐腐蚀性能[J]. 宋贵宏,娄茁,李锋,陈立佳. 中国有色金属学报. 2012(02)
[4]偏压对铀表面多弧离子镀Ti/TiN多层膜的结构及抗腐蚀性能影响研究[J]. 刘天伟,王小英,江帆,唐凯,魏强. 原子能科学技术. 2011(08)
[5]物理气相沉积技术的研究进展与应用[J]. 吴笛. 机械工程与自动化. 2011(04)
[6]CrN基复合薄膜的结构及摩擦磨损性能研究[J]. 张广安,王立平,刘千喜,薛群基. 摩擦学学报. 2011(02)
[7]硬质薄膜研究综述[J]. 李根,张高会. 宁波教育学院学报. 2010(05)
[8]反应等离子喷涂TiN涂层电化学腐蚀行为[J]. 李莎,阎殿然,董艳春,王师,高国旗,张志彬. 北京科技大学学报. 2009(09)
[9]化学气相沉积技术的研究与应用进展[J]. 杨西,杨玉华. 甘肃水利水电技术. 2008(03)
[10]电弧离子镀TiN及其复合膜的腐蚀机理探讨[J]. 史新伟,李杏瑞,邱万起,刘正义. 真空科学与技术学报. 2006(04)
本文编号：3214522
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