等离子体增强磁控溅射制备TiVN薄膜技术研究
发布时间：2021-10-16 20:06
TiN基薄膜具有高硬度,优良的耐磨性和耐蚀性,被广泛的应用于切削刀具、模具及耐磨机械零件的表面防护领域。磁控溅射是制备TiN基薄膜的常用技术,但其存在离子化率低、薄膜致密性差、膜基结合力低等问题。等离子体增强磁控溅射技术（PEMS）可以显著的增强薄膜沉积过程中基体附近粒子的离化率,增强薄膜沉积过程中的离子轰击强度,改善薄膜的致密性、内应力和力学性能。本文采用PEMS技术,在不同基体偏流条件下制备TiN薄膜,研究了基体偏流对等离子体增强磁控溅射TiN薄膜结构与性能的影响,并进一步研究了V含量对等离子体增强磁控溅射TiVN薄膜结构与性能的影响,结果发现:（1）随着基体偏流的增加,TiN薄膜的沉积速率先显著降低后基本不变,薄膜由疏松的柱状晶结构转变为致密的柱状晶结构,薄膜表面粗糙度先减小后增大;基体偏流为3.0 A时制备的TiN薄膜致密性最好,表面粗糙度最低。在整个基体偏流范围内制备的TiN薄膜均保持TiN（111）择优取向,当基体偏流由0.1 A增加到1.5 A时,薄膜的晶粒尺寸显著降低;但随着基体偏流的继续增加,晶粒尺寸略有增大。随着基体偏流从0.1 A增加到1.5 A,TiN薄膜的硬度...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ti-V二元合金相图（N.Saunders，1998）
Magnéli 相，具有自润滑性，能够有效的降低摩擦系数，改善薄膜的减摩抗磨性能（许俊华，2013）。而薄膜中的 V 含量和薄膜制备工艺对 TiVN 薄膜性能有着很大的影响。Ti-V 二元合金相图如图 1-1 所示，由于金属 Ti 与金属 V 晶胞结构相同，原子半径相近，分别为 1.45 和 1.35 ，可在较宽的元素含量变化范围内形成连续固溶体。图 1-2 为 1000℃，PN2=8.106bar 条件下，Ti-V-N 三元合金相图，由图可知，当 N 含量大于 50at.%，几乎在整个 V 含量变化范围内均可形成B1-NaCl 结构的 Ti1-xVxN 固溶体。
1-3 电弧离子镀装置示意图（N. Ichimiya，2005hematic diagram of arc ion plating equipment (N. Ich TiN 薄膜过程中，阴极靶材为纯 Ti（99.9混合气体。在低压下，电弧放电，产生高温相互反应，在基体上沉积 TiN 薄膜。电弧离：一是采用 TiV 合金靶，同时蒸发 Ti 原子，气体选用 N2或 N2与 Ar 的混合气体，通现薄膜中的 Ti 元素和 V 元素含量控制（N.I纯 Ti 靶和 V 靶，分别蒸发 Ti 原子和 V 原，通过调整各靶溅射功率控制各靶蒸发的原量（J.H.Ouyang，2007）。电弧离子镀技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiZrN薄膜不同Zr含量时的微观结构及摩擦学性能[J]. 宋驰,王灿明,孙宏飞,刘亮,刘振振. 材料保护. 2017(08)
[2]电弧离子镀制备TiBN纳米复合涂层[J]. 田灿鑫,李助军,刘怡飞,杨兵,付德君,苏峰华. 表面技术. 2017(06)
[3]N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的影响[J]. 谢启,付志强,岳文,王成彪. 表面技术. 2017(06)
[4]Microstructure and Corrosion Resistance of the AlTiN Coating Deposited by Arc Ion Plating[J]. Qi-Xiang Fan,Tie-Gang Wang,Yan-Mei Liu,Zheng-Huan Wu,Tao Zhang,Tong Li,Zu-Bing Yang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(12)
[5]H13模具钢中氧化物和氮化物生成的机理研究[J]. 孙晓林,王飞,毛明涛,陈希春,郭汉杰. 炼钢. 2016(05)
[6]Cu,Ag,Ni掺杂TiB2基涂层的结构及韧性研究[J]. 王怀勇,李胜祗,郭军,王博,朱萍,黄峰. 材料工程. 2014(12)
[7]V含量对（Nb,V）N复合膜微结构、力学性能与摩擦性能的影响[J]. 胡红霞,许俊华,喻利花. 粉末冶金材料科学与工程. 2014(04)
[8]轴承钢磁控溅射TiN涂层工艺参数对其性能的影响[J]. 熊晓晨,燕怒,韩晓琪. 表面技术. 2014(01)
[9]V含量对TaVN复合膜微结构、力学性能和摩擦性能的影响[J]. 许俊华,薛雅平,曹峻,喻利花. 无机材料学报. 2013(07)
[10]等离子增强磁控溅射沉积Ti（Al）基纳米复合涂层在铸铝模具上的应用[J]. 李灿民,魏荣华. 中国表面工程. 2012(02)
硕士论文
[1]TiCN、TiVN薄膜的微结构、力学性能及摩擦磨损性能的研究[D]. 唐美.江苏科技大学 2017
[2]化学气相沉积氮化钒涂层的基础研究[D]. 李辉.华东交通大学 2015
本文编号：3440421
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ti-V二元合金相图（N.Saunders，1998）
Magnéli 相，具有自润滑性，能够有效的降低摩擦系数，改善薄膜的减摩抗磨性能（许俊华，2013）。而薄膜中的 V 含量和薄膜制备工艺对 TiVN 薄膜性能有着很大的影响。Ti-V 二元合金相图如图 1-1 所示，由于金属 Ti 与金属 V 晶胞结构相同，原子半径相近，分别为 1.45 和 1.35 ，可在较宽的元素含量变化范围内形成连续固溶体。图 1-2 为 1000℃，PN2=8.106bar 条件下，Ti-V-N 三元合金相图，由图可知，当 N 含量大于 50at.%，几乎在整个 V 含量变化范围内均可形成B1-NaCl 结构的 Ti1-xVxN 固溶体。
1-3 电弧离子镀装置示意图（N. Ichimiya，2005hematic diagram of arc ion plating equipment (N. Ich TiN 薄膜过程中，阴极靶材为纯 Ti（99.9混合气体。在低压下，电弧放电，产生高温相互反应，在基体上沉积 TiN 薄膜。电弧离：一是采用 TiV 合金靶，同时蒸发 Ti 原子，气体选用 N2或 N2与 Ar 的混合气体，通现薄膜中的 Ti 元素和 V 元素含量控制（N.I纯 Ti 靶和 V 靶，分别蒸发 Ti 原子和 V 原，通过调整各靶溅射功率控制各靶蒸发的原量（J.H.Ouyang，2007）。电弧离子镀技术
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiZrN薄膜不同Zr含量时的微观结构及摩擦学性能[J]. 宋驰,王灿明,孙宏飞,刘亮,刘振振. 材料保护. 2017(08)
[2]电弧离子镀制备TiBN纳米复合涂层[J]. 田灿鑫,李助军,刘怡飞,杨兵,付德君,苏峰华. 表面技术. 2017(06)
[3]N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的影响[J]. 谢启,付志强,岳文,王成彪. 表面技术. 2017(06)
[4]Microstructure and Corrosion Resistance of the AlTiN Coating Deposited by Arc Ion Plating[J]. Qi-Xiang Fan,Tie-Gang Wang,Yan-Mei Liu,Zheng-Huan Wu,Tao Zhang,Tong Li,Zu-Bing Yang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(12)
[5]H13模具钢中氧化物和氮化物生成的机理研究[J]. 孙晓林,王飞,毛明涛,陈希春,郭汉杰. 炼钢. 2016(05)
[6]Cu,Ag,Ni掺杂TiB2基涂层的结构及韧性研究[J]. 王怀勇,李胜祗,郭军,王博,朱萍,黄峰. 材料工程. 2014(12)
[7]V含量对（Nb,V）N复合膜微结构、力学性能与摩擦性能的影响[J]. 胡红霞,许俊华,喻利花. 粉末冶金材料科学与工程. 2014(04)
[8]轴承钢磁控溅射TiN涂层工艺参数对其性能的影响[J]. 熊晓晨,燕怒,韩晓琪. 表面技术. 2014(01)
[9]V含量对TaVN复合膜微结构、力学性能和摩擦性能的影响[J]. 许俊华,薛雅平,曹峻,喻利花. 无机材料学报. 2013(07)
[10]等离子增强磁控溅射沉积Ti（Al）基纳米复合涂层在铸铝模具上的应用[J]. 李灿民,魏荣华. 中国表面工程. 2012(02)
硕士论文
[1]TiCN、TiVN薄膜的微结构、力学性能及摩擦磨损性能的研究[D]. 唐美.江苏科技大学 2017
[2]化学气相沉积氮化钒涂层的基础研究[D]. 李辉.华东交通大学 2015
本文编号：3440421
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