纳米晶/非晶Ta-Ag薄膜的制备与组织调控及摩擦学行为研究
发布时间：2021-10-24 02:15
针对现代航空、航天、交通及电力等高新技术产业中存在的高/低温（宽温域）、特殊介质和高速等极端苛刻工况,开展高温条件下结构稳定的自润滑防护涂层研究越来越迫切。Ta由于高熔点、化学惰性、高耐蚀性,可作为潜在的抗烧蚀防护性涂层进行研究,而Ag元素作为中低温润滑组元,可与其它固体润滑剂复合实现宽温度范围的润滑。本文采用直流磁控溅射法在钢材表面沉积Ta-Ag共溅射薄膜,调节溅射功率、压强、Ag含量等参数,调控薄膜晶粒尺寸和晶体结构,测试Ta-Ag薄膜室温到750℃的摩擦学性能。针对宽温域减摩耐磨涂层设计中润滑剂的可控释放以及摩擦表面润滑自适应等关键问题,着重研究其在热、力、化学耦合作用下摩擦界面润滑膜形成过程和结构演变,了解其在热和力作用下合金薄膜中Ag的偏析及其对摩擦机制的影响。通过工艺-结构-性能关系,研究Ta-Ag薄膜的高温性能与服役行为,优化薄膜结构成分设计。通过调控溅射功率、压强实现了纳米晶α-Ta和非晶Ta的可控制备,Ta-Ag薄膜晶化功率为90W,纳米晶Ta薄膜硬度达12-13GPa,Ta薄膜晶化功率在110W以上,Ag的加入作为异质形核点促进Ta薄膜的晶化;高压强条件下沉积薄膜的...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ta-Cu薄膜随Ta含量变化的XRD图谱以及力学性能曲线[67]
1绪论硕士学位论文10图1.3宏观尺度下Ag释放过程示意图1.4本文研究内容(1)采用合适的磁控溅射工艺参数，制备表面均匀，性能优良的Ta-Ag薄膜。主要研究不同工艺参数对Ta系列薄膜性能的影响，选取不同工艺参数，包括溅射压强、溅射功率、共溅射Ag元素掺杂量等参数，调控薄膜晶粒尺寸和晶体结构，重点是在不使用任何外部参数条件如热处理前提下，了解溅射过程中对于特定相形成控制以保持纳米微观结构；(2)对不同影响因素，总结表面形貌、织构排列、硬度及残余应力等在物相形成过程中溅射动力学作为溅射影响因素的函数关系，探讨Ta薄膜内部相结构调控的工艺条件及相应的转变机理。(3)测试Ta及共溅射合金薄膜的力学性能和髙温摩擦磨损性能，利用高温摩擦试验机研究复合薄膜摩擦磨损性能：通过XRD、SEM、微区拉曼，分析自润滑复合薄膜的成分，表征磨痕的微观形貌、物相组成、元素分布等，来解释磨损形式和润滑机理。(4)根据Ag在摩擦过程中的存储、释放等问题，Ag作为合金元素添加，研究复合薄膜在热、力、化学耦合作用下摩擦界面的形成过程和结构演变，研究其在热和力作用下Ag原子簇的偏析现象及其对微观和宏观摩擦机制的影响，探索摩擦界面Ag自组装机制，为Ag及含Ag复合材料的摩擦学应用提供理论基础，为新型耐高温固体润滑涂层的设计提供了新的途径。
硕士学位论文纳米晶/非晶Ta-Ag薄膜制备与组织调控及摩擦学行为研究112实验方法与材料2.1实验流程本章研究内容是利用直流非平衡磁控溅射沉积技术制备Ta及含Ta-Ag合金薄膜，以及薄膜的表征测试方法。实验流程如图2.1所示，研究两种制备薄膜的结构性能与高温摩擦磨损性能。最后综合结构与性能，对Ta薄膜制备工艺与性能综合评价。图2.1实验流程图2.2磁控溅射沉积镀膜装置本实验使用设备为沈阳中科仪的非平衡磁控溅射镀膜系统，如图2.2所示。设备由控制系统、电源系统、真空系统和冷却系统组成。电源系统主要分为两部分，第一部分为靶材提供脉冲电源，实现溅射靶材过程；第二部分为基体提供脉冲或直流电源，控制溅射到基体上粒子的数量和能量，来调整薄膜的溅射速率和质量。该设备真空室内配置三个对称分布的圆形靶。设备工作过程中，一台冷却水循环系统不断对靶材、分子泵、真空室内壁进行冷却降温。工作气体和反应气体流量通过MKS质量流量控制器自动恒定于设定流量值，由电阻单元和电离单元监测真空室压强，并通过控制扇形阀的开合程度调节压强大校图2.2(b)为直流磁控溅射镀膜原理示意图。采用靶在下，样品在上，惰性气体从侧边通入的结构，直流的输入功率是0W~1000W可调，可以实现功率的预先设置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双辉等离子渗Ta改性层的组织及耐蚀性[J]. 毕强,张平则,黄俊,魏东博,李伟. 中国腐蚀与防护学报. 2012(05)
[2]钛合金表面辉光等离子渗钽的研究[J]. 陈飞,周海,潘俊德. 材料热处理学报. 2009(04)
[3]磁控溅射镀钽及其镀层性能的研究[J]. 单玉桥,于晓中,李力,田晓飞. 电镀与涂饰. 2005(06)
[4]金属基固体自润滑材料的研究概况[J]. 刘如铁,李溪滨,程时和. 粉末冶金工业. 2001(03)
硕士论文
[1]30CrMnSiNi2A钢表面二极溅射镀钽层的结构及性能研究[D]. 郭平.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3454374
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Ta-Cu薄膜随Ta含量变化的XRD图谱以及力学性能曲线[67]
1绪论硕士学位论文10图1.3宏观尺度下Ag释放过程示意图1.4本文研究内容(1)采用合适的磁控溅射工艺参数，制备表面均匀，性能优良的Ta-Ag薄膜。主要研究不同工艺参数对Ta系列薄膜性能的影响，选取不同工艺参数，包括溅射压强、溅射功率、共溅射Ag元素掺杂量等参数，调控薄膜晶粒尺寸和晶体结构，重点是在不使用任何外部参数条件如热处理前提下，了解溅射过程中对于特定相形成控制以保持纳米微观结构；(2)对不同影响因素，总结表面形貌、织构排列、硬度及残余应力等在物相形成过程中溅射动力学作为溅射影响因素的函数关系，探讨Ta薄膜内部相结构调控的工艺条件及相应的转变机理。(3)测试Ta及共溅射合金薄膜的力学性能和髙温摩擦磨损性能，利用高温摩擦试验机研究复合薄膜摩擦磨损性能：通过XRD、SEM、微区拉曼，分析自润滑复合薄膜的成分，表征磨痕的微观形貌、物相组成、元素分布等，来解释磨损形式和润滑机理。(4)根据Ag在摩擦过程中的存储、释放等问题，Ag作为合金元素添加，研究复合薄膜在热、力、化学耦合作用下摩擦界面的形成过程和结构演变，研究其在热和力作用下Ag原子簇的偏析现象及其对微观和宏观摩擦机制的影响，探索摩擦界面Ag自组装机制，为Ag及含Ag复合材料的摩擦学应用提供理论基础，为新型耐高温固体润滑涂层的设计提供了新的途径。
硕士学位论文纳米晶/非晶Ta-Ag薄膜制备与组织调控及摩擦学行为研究112实验方法与材料2.1实验流程本章研究内容是利用直流非平衡磁控溅射沉积技术制备Ta及含Ta-Ag合金薄膜，以及薄膜的表征测试方法。实验流程如图2.1所示，研究两种制备薄膜的结构性能与高温摩擦磨损性能。最后综合结构与性能，对Ta薄膜制备工艺与性能综合评价。图2.1实验流程图2.2磁控溅射沉积镀膜装置本实验使用设备为沈阳中科仪的非平衡磁控溅射镀膜系统，如图2.2所示。设备由控制系统、电源系统、真空系统和冷却系统组成。电源系统主要分为两部分，第一部分为靶材提供脉冲电源，实现溅射靶材过程；第二部分为基体提供脉冲或直流电源，控制溅射到基体上粒子的数量和能量，来调整薄膜的溅射速率和质量。该设备真空室内配置三个对称分布的圆形靶。设备工作过程中，一台冷却水循环系统不断对靶材、分子泵、真空室内壁进行冷却降温。工作气体和反应气体流量通过MKS质量流量控制器自动恒定于设定流量值，由电阻单元和电离单元监测真空室压强，并通过控制扇形阀的开合程度调节压强大校图2.2(b)为直流磁控溅射镀膜原理示意图。采用靶在下，样品在上，惰性气体从侧边通入的结构，直流的输入功率是0W~1000W可调，可以实现功率的预先设置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双辉等离子渗Ta改性层的组织及耐蚀性[J]. 毕强,张平则,黄俊,魏东博,李伟. 中国腐蚀与防护学报. 2012(05)
[2]钛合金表面辉光等离子渗钽的研究[J]. 陈飞,周海,潘俊德. 材料热处理学报. 2009(04)
[3]磁控溅射镀钽及其镀层性能的研究[J]. 单玉桥,于晓中,李力,田晓飞. 电镀与涂饰. 2005(06)
[4]金属基固体自润滑材料的研究概况[J]. 刘如铁,李溪滨,程时和. 粉末冶金工业. 2001(03)
硕士论文
[1]30CrMnSiNi2A钢表面二极溅射镀钽层的结构及性能研究[D]. 郭平.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3454374
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3454374.html
