电弧离子镀用AlTi合金靶材应用关键技术研究

发布时间：2017-09-04 18:18

  本文关键词：电弧离子镀用AlTi合金靶材应用关键技术研究

  更多相关文章： 电弧离子镀 AlTiN涂层 AlTi合金靶材 靶材组织结构 弧斑运动 涂层性能

【摘要】：靶材是制备PVD涂层的重要原材料,靶材的纯度、密度和组织结构直接影响靶材的烧蚀和涂层的成分、结构及使用性能。随着气相沉积技术的快速发展,新的靶材制备技术不断出现,靶材质量和性能也取得了显著提高。但物理气相沉积镀膜在真空等离子体下进行,靶材中的原子通过等离子体作用有一个再组织和生长的过程,受到磁场、电场、温度、化学反应等复杂因素的影响,通常意义上评价靶材的指标(纯度、密度、晶粒尺寸等)并不能准确描述其使用效果。如何将靶材的一些参数与涂层性能对应起来,提供涂层生产终端切实可行的靶材方案,是靶材走向高端化发展必须解决的一个关键问题,但是目前对靶材的系统研究报道相对较少。本论文采用电弧离子镀技术,分别使用德国知名品牌GfE的AlTi合金靶材,国产品牌安泰(ATM)Ti颗粒尺寸为200μm、125μm、75μm以及35μm的A1Ti合金靶材(Al:Ti=67at%:33at%)制备AlTiN涂层。通过对靶面弧斑运动轨迹、涂层的物相结构、力学性能、真空退火、摩擦磨损进行系统的研究,将靶材参数与涂层性能对应起来。主要内容包括：1.分别确定靶电流、沉积气压以及基体偏压三项基本工艺参数,从而制备出性能较好的AlTiN涂层。2.分别使用ATM和GfE AlTi合金靶材(Al:Ti=67at%:33 at%)在不同电磁场电压下制备AlTiN涂层。研究两种靶材在不同电磁场强度下制备的涂层性能差异。结果表明不同电磁场强度下靶面的弧斑运动状态不同,导致所沉积的涂层性能发生改变。实验发现靶材热导率是影响涂层性能的关键因素,而靶材热导率则与制备靶材的金属粉末颗粒尺寸有关。3.分别使用不同Ti颗粒尺寸的ATM AlTi合金靶材在相同工艺参数下沉积AlTiN涂层并进行对比。进一步验证Ti颗粒尺寸的不同对沉积AlTiN涂层性能的影响。实验结果表明靶材的Ti颗粒尺寸的不同对沉积时靶面的弧斑运动产生影响,导致沉积涂层在性能上产生差异。在相同的靶材成分下,Ti颗粒尺寸更小的靶材所沉积的涂层表现出更优异的表面质量和力学性能。4.靶材参数与涂层性能的对应关系表现为：制备靶材的金属粉末颗粒尺寸大小对靶材的热导率产生影响,靶材的热导率的差异导致沉积时靶面弧斑的尺寸和运动状态不同,涂层的性能受到靶面弧斑的尺寸与运动状态的影响。
【关键词】：电弧离子镀 AlTiN涂层 AlTi合金靶材 靶材组织结构 弧斑运动 涂层性能
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 研究的背景及意义14-15
• 1.2 TIN基涂层的发展与现状15-18
• 1.2.1 多元涂层16
• 1.2.2 多层涂层16-17
• 1.2.3 纳米复合涂层17-18
• 1.3 AlTiN涂层的制备18-23
• 1.3.1 CVD18-19
• 1.3.2 电弧离子镀技术19-21
• 1.3.3 磁控溅射技术21-23
• 1.4 制备刀具涂层的电弧靶材的发展与现状23-25
• 1.5 课题来源与主要研究内容25-27
• 1.5.1 课题来源25
• 1.5.2 主要研究内容25-27
• 第二章 涂层的制备和分析方法27-35
• 2.1 研究路线27-28
• 2.2 PVD涂层设备28-30
• 2.3 涂层的沉积30-31
• 2.3.1 基片的准备和清洗30-31
• 2.3.2 涂层的轰击和制备31
• 2.4 涂层组织结构检测31-32
• 2.4.1 SEM31-32
• 2.4.2 EDS32
• 2.4.3 XRD32
• 2.5 力学性能测试32-35
• 2.5.1 显微硬度32-33
• 2.5.2 结合力33-34
• 2.5.3 高温摩擦磨损34
• 2.5.4 真空退火实验34-35
• 第三章 电弧离子镀沉积AlTiN涂层工艺研究35-54
• 3.1 靶电流工艺参数对涂层的影响35-41
• 3.1.1 涂层的制备35-37
• 3.1.2 物相结构37-39
• 3.1.3 涂层表面质量39-40
• 3.1.4 涂层力学性能40-41
• 3.2 沉积气压工艺参数对涂层的影响41-48
• 3.2.1 涂层的制备41-44
• 3.2.2 物相结构44-45
• 3.2.3 涂层表面质量45-47
• 3.2.4 涂层力学性能47-48
• 3.3 基体偏压工艺参数对涂层的影响48-53
• 3.3.1 涂层的制备48-49
• 3.3.2 物相结构49-51
• 3.3.3 涂层表面质量51-52
• 3.3.4 涂层力学性能52-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 AT&M和GfE AlTi合金靶材在不同电磁场电压下制备AlTiN涂层的对比54-86
• 4.1 AT&M和GfE AlTi合金靶材的靶材参数54-58
• 4.1.1 靶材金相结构55-57
• 4.1.2 物相组织57-58
• 4.1.3 热导率58
• 4.2 AT&M和GfE AlTi合金靶材在不同电磁场下沉积AlTiN涂层的对比58-82
• 4.2.1 涂层的制备58-64
• 4.2.2 物相结构64-68
• 4.2.3 表面质量68-70
• 4.2.4 力学性能70-73
• 4.2.5 真空退火73-76
• 4.2.6 摩擦磨损76-82
• 4.3 靶材烧蚀后分析82-85
• 4.3.1 表现形貌与元素分布82-84
• 4.3.2 表面成分分析84-85
• 4.4 本章小结85-86
• 第五章 不同Ti颗粒尺寸的AT&M AlTi合金靶材制备AlTiN涂层的对比86-107
• 5.1 不同Ti颗粒尺寸的AlTi合金靶材制备AlTiN涂层的对比86-106
• 5.1.1 涂层的制备86-88
• 5.1.2 物相分析88-89
• 5.1.3 表面质量89-91
• 5.1.4 力学性能91-92
• 5.1.5 真空退火92-97
• 5.1.6 摩擦磨损97-106
• 5.2 本章小结106-107
• 总结与展望107-110
• 参考文献110-116
• 攻读学位期间发表的论文及申请的专利116-118
• 致谢118

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