等离子体增强平衡磁控溅射制备氮化钛涂层的研究

发布时间：2017-04-03 22:16

  本文关键词：等离子体增强平衡磁控溅射制备氮化钛涂层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文采用等离子体增强平衡磁控溅射技术制备氮化铝和氮化钛涂层。制备氮化铝涂层实验中,调节氮气分压,监测靶电压的变化,通过绘制氮气分压——靶电压曲线来分析“靶中毒”现象。并对涂层的成分、电阻率进行检测和分析,探究产生“靶中毒”现象的机理。制备氮化钛涂层实验中,利用表面轮廓仪、SEM、EDS、XRD、显微维氏硬度仪、摩擦磨损试验仪、划痕仪等设备对氮化钛涂层的厚度、表面形貌、化学成分、物相结构、显微硬度、耐磨性能、涂层与基体结合强度等进行检测和分析,探讨等离子体增强作用对平衡磁控溅射技术制备氮化钛涂层的影响;以及在等离子体增强作用下,探讨单位靶电流对应的氮气流量值变化对氮化钛涂层结构和性能的影响。具有NaCl型面心立方晶体结构的氮化钛涂层,生长取向与其表面能和应变能的大小有关。当涂层厚度较小时,表面能控制氮化钛涂层沿{100}择优取向生长;当涂层厚度较大时,应变能占主导因素,控制氮化钛涂层沿{111}择优取向生长。在等离子体增强作用较小时,涂层具有明显的{111}择优取向;随着等离子体增强作用的增大,Ar+对基体的轰击作用增强,涂层内部应变增大,显微形貌由三角锥结构转变为球状结构,{111}择优取向不明显。单位靶电流对应的氮气流量值增加,靶表面氮气分压增大,N2+浓度增加。靶表面容易沉积一层氮化物,致使靶材溅射出的沉积粒子能量降低,在涂层表面的迁移能减小,涂层的显微形貌易呈现三角锥结构,且其致密度下降,硬度减小,摩擦系数增大。
【关键词】：氮化钛涂层 等离子体增强 显微结构 应变能
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 真空溅射镀膜10-13
• 1.2.1 溅射镀膜原理10-11
• 1.2.2 溅射技术概述11-12
• 1.2.3 磁控溅射技术12-13
• 1.3 氮化铝涂层介绍13-15
• 1.3.1 氮化铝涂层的结构13-14
• 1.3.2 氮化铝涂层的性能和应用14-15
• 1.4 氮化钛涂层介绍15-17
• 1.4.1 氮化钛涂层的结构和性能15-16
• 1.4.2 工艺参数对氮化钛涂层的影响16-17
• 1.4.3 氮化钛涂层的应用17
• 1.5 本课题的研究意义和内容17-19
• 1.5.1 本课题的研究意义17-18
• 1.5.2 本课题的研究内容18-19
• 2. 实验方案19-29
• 2.1 实验研究路线19-20
• 2.2 实验设备20-21
• 2.3 实验材料21-23
• 2.3.1 氮化铝涂层的制备21
• 2.3.2 氮化钛涂层的制备21-23
• 2.4 涂层的制备工艺流程23
• 2.5 涂层微观分析23-25
• 2.5.1 XRD23-24
• 2.5.2 SEM24-25
• 2.6 涂层性能分析25-29
• 2.6.1 涂层厚度的测量25-26
• 2.6.2 显微硬度的测试26
• 2.6.3 耐磨性能的测试26-27
• 2.6.4 结合强度的测试27
• 2.6.5 电阻率的测量27-29
• 3. 氮化铝涂层制备实验29-37
• 3.1 实验材料和工艺参数29-30
• 3.2 结果分析与讨论30-34
• 3.2.1 氮气分压对靶材电压的影响31-32
• 3.2.2 氮气分压对沉积速率的影响32-33
• 3.2.3 氮气分压对化学成分的影响33-34
• 3.2.4 氮气分压对电阻率的影响34
• 3.3 分析讨论34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4. 等离子体增强作用对氮化钛涂层的影响37-48
• 4.1 等离子体增强平衡磁控溅射技术37
• 4.2 实验方案37-38
• 4.3 实验结果38-45
• 4.3.1 氮化钛涂层的沉积速率38-40
• 4.3.2 氮化钛涂层的显微形貌40-42
• 4.3.3 氮化钛涂层的化学成分42-43
• 4.3.4 氮化钛涂层的物相组成43-44
• 4.3.5 氮化钛涂层的显微硬度44-45
• 4.4 分析讨论45-46
• 4.5 本章小结46-48
• 5. 氮气流量对氮化钛涂层的影响48-61
• 5.1 实验方案48-49
• 5.2 实验结果49-59
• 5.2.1 氮化钛涂层的沉积速率49-50
• 5.2.2 氮化钛涂层的显微形貌50-52
• 5.2.3 氮化钛涂层的化学成分52-53
• 5.2.4 氮化钛涂层的物相组成53-55
• 5.2.5 氮化钛涂层的显微硬度55
• 5.2.6 氮化钛涂层的耐磨性能55-58
• 5.2.7 氮化钛涂层的结合强度58-59
• 5.3 分析讨论59
• 5.4 本章小结59-61
• 6. 结论61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 作者简介66-67

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 乐志强;;多阴极式离子电镀氮化钛膜代替黄金[J];无机盐工业;1982年10期

2 张克捫,蔡作乾;新型代金装饰材料氮化钛的研制[J];物理;1984年12期

3 彭惠民;;氮化钛涂层工具[J];工具技术;1986年06期

4 D. D Harbuck,张正德;气相法生产氮化钛和碳化钛粉[J];稀有金属材料与工程;1987年04期

5 陈绳武;;氮化钛镀层技术的引进及应用[J];机械制造;1987年11期

6 曾志龙;碳氮化钛系陶瓷材料[J];稀有金属;1989年04期

7 寇丽华;高密度耐腐蚀性好的氮化钛膜[J];无机盐工业;1989年01期

8 龙中俊;;氮化钛涂层的应用[J];表面技术;1991年05期

9 ;硬质合金不重磨刀片氮化钛涂层小结[J];安徽大学学报(自然科学版);1977年01期

10 陈友善;陈桓棋;黄先华;;含钒钛高炉渣与焙烧钛精矿中氮化钛的氮量测定[J];分析化学;1977年05期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 孟文晋;T．J．Curtis;;氮化钛涂层的电感耦合等离子体协助物理气相沉积(英文)[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年

2 郭文锋;祝国强;高发明;;氮化钛的金属-尿素配合物前躯体法合成与表征[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年

3 刘效艳;张艳华;黄建国;;天然纤维素为模板的氮化钛纳米管的制备[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

4 丁战辉;姚斌;邱利霞;白锁柱;郭星原;王巍然;周向东;苏文辉;;机械合金化及恒温热处理合成氮化钛纳米晶的机制研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

5 何旭;叶金文;刘颖;陈帮桥;姜中涛;涂铭旌;;开放体系下碳热还原法制备碳氮化钛粉末的研究[A];2009（重庆）中西部第二届有色金属工业发展论坛论文集[C];2009年

6 马兵;黄生乔;;非平衡等离子体气相合成纳米氮化钛微粉[A];2004年中国纳米技术应用研讨会论文集[C];2004年

7 黄丽娟;;支架用钴-铬合金表面氮化钛和金薄膜的制备及其力学性能的测试[A];第六次全国口腔修复学学术会议论文摘要汇编[C];2009年

8 宋玉玉;齐毓霖;张三川;包大勇;李新元;;氮化钛涂层的热摩擦性能研究[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集（上册）[C];1992年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 记者 周军 通讯员 曲红权;攀钢将用钒钛磁铁矿生产复合强化钢[N];中国冶金报;2005年

2 印高乐;银系抗菌氮化钛镀膜可抑制金黄色葡萄球菌增殖[N];医药经济报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 于撼江;激光与等离子体混合方法制备氮化钛的研究[D];东北大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 王复栋;等离子体增强平衡磁控溅射制备氮化钛涂层的研究[D];辽宁科技大学;2016年

2 杨雪芹;纳米氮化钛（钒）的合成与电化学性能研究[D];燕山大学;2014年

3 鲁勖琳;基于氮化钛的离子选择电极的研制[D];湖南大学;2003年

4 甘明亮;氮化钛、碳化钛和碳氮化钛的合成及其在炭砖中的应用[D];武汉科技大学;2006年

5 邓青宇;钒钛磁铁矿高炉冶炼过程中碳氮化钛形成条件与调控机制研究[D];重庆大学;2012年

6 吕起鹏;高温涂层光学特性的研究[D];长春理工大学;2014年

7 贾影丹;纳米碳化硅负载氮化钛—氮掺杂碳的非铂及低铂催化剂[D];燕山大学;2014年

8 鞠明祥;TiN_x/SiO_2/Ag/SiO_2低辐射复合膜的研究与制备[D];重庆大学;2008年

9 陈韦;AZ31镁合金表面磁控溅射氮化钛铝薄膜及其性能研究[D];重庆大学;2013年

  本文关键词：等离子体增强平衡磁控溅射制备氮化钛涂层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：285073