TiN、Ti-W-N及Ti-W-V-N薄膜的微结构及力学与摩擦学性能研究

发布时间：2021-06-07 20:17

　　本文采用JGP-450多靶反应射频磁控溅射设备制备了不同氮氩比下的TiN薄膜、不同W含量的Ti-W-N薄膜以及不同V含量的Ti-W-V-N薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、透射电镜（TEM）、纳米压痕仪、高温摩擦磨损试验机和表面轮廓仪对所制备的薄膜的相结构、化学成分、力学性能和摩擦磨损性能进行研究表征。利用第一性原理计算了不同氮氩比下TiN相的形成能以及少量W在TiN晶胞中的可能存在形式。主要结果如下:对于不同氮氩比下的TiN薄膜的研究表明:三种不同氮氩比下制备出的TiN薄膜均呈面心立方结构;第一性原理计算结果表明,完整TiN的形成能最低,其相结构也最稳定。随着氮氩流量比（N₂/Ar）的增加,相的形成能逐渐增大,稳定性也逐渐降低。不同氮氩比下的TiN薄膜硬度在17-18 GPa范围间波动。室温下,不同氮氩比下的TiN薄膜的平均摩擦系数在0.6-0.8之间波动。TiN薄膜的摩擦系数随着试验温度的升高先增高后降低,磨损率随着试验温度的升高逐渐增高。W被引入二元TiN薄膜中以期改善薄膜的力学和摩擦磨损性能。对于不同W含量的Ti-W-... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 固态润滑薄膜的研究现状
    1.3 薄膜的制备方法
    1.4 纳米复合膜
        1.4.1 纳米复合膜概述
        1.4.2 纳米复合膜的硬度强化机制
    1.5 薄膜的生长方式
    1.6 选题意义与研究内容
        1.6.1 选题意义
        1.6.2 研究内容
第2章 薄膜的制备与表征方法
    2.1 薄膜的制备方法
        2.1.1 磁控溅射镀膜的原理
        2.1.2 薄膜的制备设备
    2.2 薄膜的衬底材料
    2.3 薄膜的表征设备
        2.3.1 X射线衍射(XRD)
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 能量色散谱仪(EDS)
        2.3.4 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.5 纳米力学综合测试系统
        2.3.6 摩擦磨损试验机
        2.3.7 表面轮廓仪
        2.3.8 激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)
第3章 TiN薄膜的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 TiN薄膜的制备与表征
        3.2.1 TiN薄膜的制备
        3.2.2 TiN薄膜的表征
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 TiN薄膜的成分与微结构
        3.3.2 TiN薄膜的相形成能计算
        3.3.3 TiN薄膜的硬度
        3.3.4 TiN薄膜的室温摩擦磨损性能
        3.3.5 TiN薄膜的高温摩擦磨损性能
    3.4 本章小结
第4章 Ti-W-N薄膜的制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 Ti-W-N薄膜的制备与表征
        4.2.1 Ti-W-N薄膜的制备
        4.2.2 Ti-W-N薄膜的表征
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 Ti-W-N薄膜的成分与微结构
        4.3.2 Ti-W-N薄膜的缺陷形成能
        4.3.3 Ti-W-N薄膜的力学性能
        4.3.4 Ti-W-N薄膜的膜基结合力
        4.3.5 Ti-W-N薄膜的摩擦磨损性能
    4.4 本章小结
第5章 Ti-W-V-N薄膜的制备及性能研究
    5.1 引言
    5.2 Ti-W-V-N薄膜的制备与表征
        5.2.1 Ti-W-V-N薄膜的制备
        5.2.2 Ti-W-V-N薄膜的表征
    5.3 实验结果与讨论
        5.3.1 Ti-W-V-N薄膜的成分与微结构
        5.3.2 Ti-W-V-N薄膜的力学性能
        5.3.3 Ti-W-V-N薄膜高温摩擦磨损性能
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]离子源循环轰击对磁控溅射TiN薄膜结构和电学性能的影响[J]. 邵涛,孙德恩,梁斐珂,黄佳木.  中国表面工程. 2017(01)
[2]氮氩流量比对玻璃基TiN薄膜的结构和硬度的影响[J]. 顾宝宝,赵青南,刘旭,罗乐平,丛芳玲,赵修建.  硅酸盐通报. 2016(12)
[3]轴向磁场对电弧离子镀TiN薄膜组织结构及力学性能的影响[J]. 赵彦辉,郭朝乾,杨文进,陈育秋,肖金泉,于宝海.  中国表面工程. 2015(01)
[4]W含量对Ti1-xWxN复合膜的微结构、力学性能和摩擦性能的影响[J]. 喻利花,董鸿志,许俊华.  粉末冶金材料科学与工程. 2014(05)
[5]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)
[6]Mo含量对TiMoN薄膜微观组织和摩擦磨损性能的影响[J]. 许俊华,鞠洪博,喻利花.  金属学报. 2012(09)
[7]基体温度对磁控溅射TiN薄膜电化学性能的影响[J]. 张金林,贺春林,王建明,杜兆富,赵栋梁,才庆魁.  金属功能材料. 2012(03)
[8]轴对称磁场对电弧离子镀TiN薄膜结构及摩擦性能的影响[J]. 肖金泉,郎文昌,赵彦辉,宫骏,孙超,闻立时.  金属学报. 2011(05)
[9]常压化学气相沉积法制备Ti5Si3薄膜及其镀膜玻璃[J]. 黄燕飞,任招娣,沈美,杜军,魏德法,马宁,杜丕一.  硅酸盐学报. 2009(10)
[10]不同测试条件下TiN薄膜的摩擦学特性研究[J]. 谢红梅,聂朝胤.  真空. 2009(04)

硕士论文
[1]非化学计量比TiNx的制备及相稳定性研究[D]. 石青娟.燕山大学 2010



本文编号：3217240