气相沉积Ti/TiN多层薄膜的力学及耐腐蚀性能研究
发布时间：2021-07-10 15:49
目的研究多层薄膜的界面对薄膜性能的影响。方法通过直流磁控溅射法在45#钢表面制备Ti N及Ti/Ti N多层薄膜,采用扫描电镜和XRD衍射分析仪对薄膜表面形貌及相结构进行观察和分析,使用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪对Ti N及Ti/Ti多层薄膜的力学性能以及残余应力大小进行研究,并运用电化学设备对Ti N及不同调制周期的Ti/Ti多层薄膜的耐腐蚀性能进行研究。结果制备的Ti N及Ti/Ti N多层薄膜表面光滑且结构致密,Ti N晶粒细小且为非晶相;薄膜力学性能良好,内部均存在残余压应力。随着调制周期的减小,弹性模量和硬度先减小后增大,内部残余应力逐渐减小且分布不均匀程度逐渐增大。薄膜在H2SO4中的腐蚀试验表明:当Ti/Ti N多层薄膜调制周期为1μm时,多层薄膜的耐腐蚀性能不如Ti N薄膜,随着Ti/Ti N多层薄膜随调制周期的减小,多层薄膜的耐腐蚀性能逐渐升高;当调制周期为0.5μm时,Ti/Ti N多层薄膜的耐蚀性能已超过Ti N薄膜。结论 Ti/Ti N多层薄膜界面的增多有助于减小薄膜的残余应力,并且可提高薄膜的耐蚀性能。
【文章来源】：表面技术. 2015,44(12)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
TiN薄膜的表面形貌
屯?为分别为TiN和Ti/TiN多层的XＲD图谱。从图中可以看出TIN薄膜图谱中只含有(111)和(222)特征衍射峰，分析发现薄膜为纯σ-TiN相，表现出(111)择优取向生长，使得整个系统具有较低的自由能。由于衍射峰出现漫散宽化的现象，可得出膜中的TiN晶粒较细校Ti/TiN多层薄膜中出现了(110)和(002)生长方向的Ti峰，基线平直并且接近于0，表明薄膜生长良好，Ti表现出(110)方向的生长特性，当调制周期为0．5μm时，TiN和Ti的衍射峰都有所增强，并且出现了Ti(002)和TiN(222)衍射峰。但所调制周期的厚度的减小Ti(110)方向的生长特图2TiN薄膜的XＲD衍射谱Fig．2XＲDdiffractionspectrumofTiNfilm图3Ti/TiN多层薄膜的XＲD衍射谱Fig．3XＲDdiffractionspectrumofTi/TiNmultilayerfilm性相对于TiN(111)方向强度有所增强，说明调制周期对多层薄膜的生长取向存在影响。2．3薄膜纳米力学性能分析表征薄膜力学性能的主要参数有硬度和弹性模量等。本文利用纳米压痕仪对TiN及Ti/TiN多层薄膜进行固定压入深度为100nm的压痕实验，得出载荷-位移曲线如图4所示。图4TiN及Ti/TiN多层薄膜的载荷-位移曲线图Fig．4Load-displacementcurvesofofTi/TiNmultilayerfilm从图4中可以看出TiN及Ti/TiN多层薄膜曲线流畅，并没有出现锯齿形波动和断开的现象，说明薄膜表面光滑，压入过程中并未出现裂纹。固定100nm压入深度的情况下，TiN薄膜所需的压入载荷明显高于多层薄膜，TiN薄膜抵抗外加载荷的能力最强，因此抵抗塑性变形的能力最强，TiN薄膜的残余压深最小，可知TiN薄膜塑性变形最校利用纳米压痕仪对试样进行连续刚度试验，获得材料的硬度和弹性模量。测得TiN薄膜的硬度和弹性模量与接触深度之间的关系如图5所示。从图中·82·
谱中只含有(111)和(222)特征衍射峰，分析发现薄膜为纯σ-TiN相，表现出(111)择优取向生长，使得整个系统具有较低的自由能。由于衍射峰出现漫散宽化的现象，可得出膜中的TiN晶粒较细校Ti/TiN多层薄膜中出现了(110)和(002)生长方向的Ti峰，基线平直并且接近于0，表明薄膜生长良好，Ti表现出(110)方向的生长特性，当调制周期为0．5μm时，TiN和Ti的衍射峰都有所增强，并且出现了Ti(002)和TiN(222)衍射峰。但所调制周期的厚度的减小Ti(110)方向的生长特图2TiN薄膜的XＲD衍射谱Fig．2XＲDdiffractionspectrumofTiNfilm图3Ti/TiN多层薄膜的XＲD衍射谱Fig．3XＲDdiffractionspectrumofTi/TiNmultilayerfilm性相对于TiN(111)方向强度有所增强，说明调制周期对多层薄膜的生长取向存在影响。2．3薄膜纳米力学性能分析表征薄膜力学性能的主要参数有硬度和弹性模量等。本文利用纳米压痕仪对TiN及Ti/TiN多层薄膜进行固定压入深度为100nm的压痕实验，得出载荷-位移曲线如图4所示。图4TiN及Ti/TiN多层薄膜的载荷-位移曲线图Fig．4Load-displacementcurvesofofTi/TiNmultilayerfilm从图4中可以看出TiN及Ti/TiN多层薄膜曲线流畅，并没有出现锯齿形波动和断开的现象，说明薄膜表面光滑，压入过程中并未出现裂纹。固定100nm压入深度的情况下，TiN薄膜所需的压入载荷明显高于多层薄膜，TiN薄膜抵抗外加载荷的能力最强，因此抵抗塑性变形的能力最强，TiN薄膜的残余压深最小，可知TiN薄膜塑性变形最校利用纳米压痕仪对试样进行连续刚度试验，获得材料的硬度和弹性模量。测得TiN薄膜的硬度和弹性模量与接触深度之间的关系如图5所示。从图中·82·
本文编号：3276213
【文章来源】：表面技术. 2015,44(12)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
TiN薄膜的表面形貌
屯?为分别为TiN和Ti/TiN多层的XＲD图谱。从图中可以看出TIN薄膜图谱中只含有(111)和(222)特征衍射峰，分析发现薄膜为纯σ-TiN相，表现出(111)择优取向生长，使得整个系统具有较低的自由能。由于衍射峰出现漫散宽化的现象，可得出膜中的TiN晶粒较细校Ti/TiN多层薄膜中出现了(110)和(002)生长方向的Ti峰，基线平直并且接近于0，表明薄膜生长良好，Ti表现出(110)方向的生长特性，当调制周期为0．5μm时，TiN和Ti的衍射峰都有所增强，并且出现了Ti(002)和TiN(222)衍射峰。但所调制周期的厚度的减小Ti(110)方向的生长特图2TiN薄膜的XＲD衍射谱Fig．2XＲDdiffractionspectrumofTiNfilm图3Ti/TiN多层薄膜的XＲD衍射谱Fig．3XＲDdiffractionspectrumofTi/TiNmultilayerfilm性相对于TiN(111)方向强度有所增强，说明调制周期对多层薄膜的生长取向存在影响。2．3薄膜纳米力学性能分析表征薄膜力学性能的主要参数有硬度和弹性模量等。本文利用纳米压痕仪对TiN及Ti/TiN多层薄膜进行固定压入深度为100nm的压痕实验，得出载荷-位移曲线如图4所示。图4TiN及Ti/TiN多层薄膜的载荷-位移曲线图Fig．4Load-displacementcurvesofofTi/TiNmultilayerfilm从图4中可以看出TiN及Ti/TiN多层薄膜曲线流畅，并没有出现锯齿形波动和断开的现象，说明薄膜表面光滑，压入过程中并未出现裂纹。固定100nm压入深度的情况下，TiN薄膜所需的压入载荷明显高于多层薄膜，TiN薄膜抵抗外加载荷的能力最强，因此抵抗塑性变形的能力最强，TiN薄膜的残余压深最小，可知TiN薄膜塑性变形最校利用纳米压痕仪对试样进行连续刚度试验，获得材料的硬度和弹性模量。测得TiN薄膜的硬度和弹性模量与接触深度之间的关系如图5所示。从图中·82·
谱中只含有(111)和(222)特征衍射峰，分析发现薄膜为纯σ-TiN相，表现出(111)择优取向生长，使得整个系统具有较低的自由能。由于衍射峰出现漫散宽化的现象，可得出膜中的TiN晶粒较细校Ti/TiN多层薄膜中出现了(110)和(002)生长方向的Ti峰，基线平直并且接近于0，表明薄膜生长良好，Ti表现出(110)方向的生长特性，当调制周期为0．5μm时，TiN和Ti的衍射峰都有所增强，并且出现了Ti(002)和TiN(222)衍射峰。但所调制周期的厚度的减小Ti(110)方向的生长特图2TiN薄膜的XＲD衍射谱Fig．2XＲDdiffractionspectrumofTiNfilm图3Ti/TiN多层薄膜的XＲD衍射谱Fig．3XＲDdiffractionspectrumofTi/TiNmultilayerfilm性相对于TiN(111)方向强度有所增强，说明调制周期对多层薄膜的生长取向存在影响。2．3薄膜纳米力学性能分析表征薄膜力学性能的主要参数有硬度和弹性模量等。本文利用纳米压痕仪对TiN及Ti/TiN多层薄膜进行固定压入深度为100nm的压痕实验，得出载荷-位移曲线如图4所示。图4TiN及Ti/TiN多层薄膜的载荷-位移曲线图Fig．4Load-displacementcurvesofofTi/TiNmultilayerfilm从图4中可以看出TiN及Ti/TiN多层薄膜曲线流畅，并没有出现锯齿形波动和断开的现象，说明薄膜表面光滑，压入过程中并未出现裂纹。固定100nm压入深度的情况下，TiN薄膜所需的压入载荷明显高于多层薄膜，TiN薄膜抵抗外加载荷的能力最强，因此抵抗塑性变形的能力最强，TiN薄膜的残余压深最小，可知TiN薄膜塑性变形最校利用纳米压痕仪对试样进行连续刚度试验，获得材料的硬度和弹性模量。测得TiN薄膜的硬度和弹性模量与接触深度之间的关系如图5所示。从图中·82·
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