磁控溅射沉积NiCr合金涂层及耐腐蚀性能研究
发布时间：2021-03-26 20:09
NiCr合金涂层具有良好的高热稳定性、抗氧化性以及优异的耐腐蚀性能,常用于金属材料的表面防腐。但普遍使用的涂层制备方法如电镀等,不仅浪费资源同时制备过程中使用的六价铬还会对人体造成危害。而且制备得到的涂层多为晶体结构涂层,存在结构缺陷,不能有效防止金属腐蚀。因而使用绿色环保的制备技术得到耐腐蚀性能良好的非晶结构涂层具有重要意义。磁控溅射技术制备过程无污染且操作简单,是一种绿色环保的涂层制备方法。基于此,本文使用磁控溅射技术在短时间内,以不同镍铬比例（6:4和8:2）及不同溅射电流为条件,在铝合金表面沉积得到Ni60Cr40（wt%）和Ni80Cr20（wt%）两种合金涂层。使用X-射线衍射仪（XRD）、原子力显微镜（AFM）和场发射扫描电镜（SEM）对涂层结构和形貌进行表征。结果表明本文得到的Ni60Cr40合金涂层中非晶结构为主并含有少量纳米晶结构,涂层表面平整致密,粗糙度较低。涂层厚度为100-500 nm左右,且随溅射电流的增加而增加。而Ni80Cr20合金涂层的晶体结构同样是以非晶为主并包含...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碰撞示意图
燕山大学工学硕士学位论文-4-图1-1碰撞示意图溅射镀膜是利用粒子的溅射现象得到具有高动能的靶材粒子，靶材粒子在一定条件下沉积在基底表面形成薄膜的技术。通常在气体环境中放电产生可导电的离子与电子并形成等离子体，然后电子会继续吸收电场的能量轰击气体原子产生新的离子与电子，二次电子会在电场作用下维持气体辉光放电过程。而正离子则会在电场的作用下获得高动能，并沿着电场方向运动，携带高动能与靶材表面进行碰撞。碰撞之后得到的靶材粒子则会飞向基底表面成膜，如图1-2所示。图1-2溅射示意图1.3.2磁控溅射技术从上世纪80年代至今，磁控溅射技术[20]在表面处理方向已有重大进展，成为工业镀膜生产中重要的技术之一[21]。作为真空溅射的一种，以其独特的优点，如沉积温度低、薄膜密度高以及膜厚易控制等[22-26]，广泛应用于薄膜制备领域[27-29]。可制备超硬膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊功能的薄膜，是一种操作简单、沉积效率较高的薄膜制备方法[30-32]。磁控溅射技术问世以来得到了迅速发展，主要是由于其具有以下优点：
第1章绪论-5-1.重复性好，膜层厚度可控，可在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜；2.对于任何材料，只要能制成靶材，就可实现溅射；3.所获得的薄膜与基片的结合性好，且纯度高，致密性好等。磁控溅射系统需外加磁场，该磁场与电场相互垂直且位于阴极靶材旁边。进行磁控溅射时，需保持系统内部的真空度，因而需使用真空泵进行抽真空。同时制备涂层过程中需要气体离子轰击靶材，则需在系统中充入适量惰性气体，通常为氩气。当通电时，电极间的气体原子会被电离产生氩离子和电子。电子会受到电场和磁场的限制，电场限制电子的运动方向，使之只能向阳极方向运动；而磁场会对其运动轨迹产生相应的作用效果，使之呈现出螺旋前进的运动轨迹。同时，磁场也将电子的运动轨迹限制在靶材表面附近，不仅延长了电子的运动路程，还增加了其与氩气原子的碰撞机会，进而增加了氩离子的数量。氩离子不受磁场作用，但会在电场的作用下飞向靶材与之碰撞，如图1-3所示，通过能量转移使靶材粒子脱离靶材限制，从而沉积到基底表面形成涂层[34]。图1-3磁控溅射原理图1.4涂层分类涂层一般以晶体结构划分为晶体涂层、非晶涂层以及非晶/晶体涂层。纳米晶涂层由于其晶体极细，其晶界面积可占材料的50%以上，使其具有不同于传统晶体涂层和非晶涂层的特性[35]。由于其高晶界密度使之具有超硬度、超模量效应以及优良的抗氧化性[36]、耐腐蚀性[37,38]等特性，因此纳米涂层在光电学、催化以及汽车工艺等领域也有广阔的应用。张杰等人[39]使用AC-HVAF喷涂工艺分别制备了纳米结构和微米结构的高铬镍基合金涂层，并将之与20G钢分别在表面涂覆
【参考文献】：
期刊论文
[1]基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响[J]. 王建伟,薛玉君,蔡海潮,杜三明. 工具技术. 2019(06)
[2]直流磁控溅射生长（002）择优取向AlN薄膜及其光致发光[J]. 吕伟,刘俊,赵鹏宇,李健亮,李思达,沈龙海. 发光学报. 2019(06)
[3]电弧复合磁控溅射结合热退火制备Ti2AlC涂层[J]. 李文涛,王振玉,张栋,潘建国,柯培玲,汪爱英. 金属学报. 2019(05)
[4]高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射CrAlN薄膜的研究[J]. 郭玉垚,王铁钢,李柏松,刘艳梅,蒙德强,许人仁. 表面技术. 2019(04)
[5]倍频微脉冲复合高功率磁控溅射TiCN薄膜结构及性能研究[J]. 张炜鑫,巩春志,温家瑞,马玉山,刘海波,何涛,岳玲,田修波. 真空与低温. 2019(02)
[6]一种新型等离子体磁控溅射镀膜电源设计[J]. 李波,赵娟,李洪涛,叶超,谭巍巍,黄斌,鲁向阳,黄宇鹏,张信,欧阳艳晶,康传会,齐卓筠. 强激光与粒子束. 2019(04)
[7]脉冲负偏压对直流磁控溅射碳膜结构和性能的影响[J]. 刘婵,王东伟,李晓敏,武英桐,黄美东. 真空. 2019(02)
[8]氩离子轰击对中频-直流磁控溅射铝薄膜耐蚀性能的影响[J]. 王付胜,何鹏,郁佳琪,胡隆伟,刘燕,陈亚军. 表面技术. 2019(03)
[9]N掺杂对磁控溅射Ta涂层微观结构与耐磨损性能的影响[J]. 杨莎莎,杨峰,陈明辉,牛云松,朱圣龙,王福会. 金属学报. 2019(03)
[10]Zr含量对磁控溅射NiCrZr薄膜结构及耐蚀性的影响[J]. 孙康,崔洪芝,田硕硕,宋晓杰,王维国. 表面技术. 2019(02)
博士论文
[1]Al2O3-Y2O3体系非晶/共晶耐磨复合涂层制备及结构与性能研究[D]. 荣建.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
硕士论文
[1]氧化铜及掺铟氧化铜薄膜的磁控溅射制备及研究[D]. 杜永利.郑州大学 2019
[2]HVAF铁基非晶合金涂层耐蚀机理研究[D]. 田宛平.沈阳工业大学 2017
[3]磁控溅射TiN薄膜疏油疏水性能研究[D]. 乜龙威.河北农业大学 2015
[4]磁控溅射铝防护涂层制备及其应用研究[D]. 陈梓赫.广东工业大学 2015
[5]TiO2薄膜的制备及电学性能研究[D]. 方彦博.重庆大学 2015
[6]全金属组元Fe基非晶/纳米晶涂层的制备及性能研究[D]. 戴文攀.福建农林大学 2015
[7]多弧离子镀和磁控溅射复合制备（Ti,Al）N薄膜研究[D]. 张桂如.沈阳大学 2014
[8]AZ31镁合金表面磁控溅射制备TiCN及其复合薄膜的耐腐蚀性能研究[D]. 彭佳.重庆大学 2014
[9]AISI304不锈钢圆柱面的超声冲击表面强化及其组织性能的研究[D]. 甘雨林.大连理工大学 2014
[10]新型碲镍铬合金组织与热态摩擦磨损性能研究[D]. 雷雨.兰州理工大学 2014
本文编号：3102176
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
碰撞示意图
燕山大学工学硕士学位论文-4-图1-1碰撞示意图溅射镀膜是利用粒子的溅射现象得到具有高动能的靶材粒子，靶材粒子在一定条件下沉积在基底表面形成薄膜的技术。通常在气体环境中放电产生可导电的离子与电子并形成等离子体，然后电子会继续吸收电场的能量轰击气体原子产生新的离子与电子，二次电子会在电场作用下维持气体辉光放电过程。而正离子则会在电场的作用下获得高动能，并沿着电场方向运动，携带高动能与靶材表面进行碰撞。碰撞之后得到的靶材粒子则会飞向基底表面成膜，如图1-2所示。图1-2溅射示意图1.3.2磁控溅射技术从上世纪80年代至今，磁控溅射技术[20]在表面处理方向已有重大进展，成为工业镀膜生产中重要的技术之一[21]。作为真空溅射的一种，以其独特的优点，如沉积温度低、薄膜密度高以及膜厚易控制等[22-26]，广泛应用于薄膜制备领域[27-29]。可制备超硬膜、耐腐蚀摩擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜，以及各种具有特殊功能的薄膜，是一种操作简单、沉积效率较高的薄膜制备方法[30-32]。磁控溅射技术问世以来得到了迅速发展，主要是由于其具有以下优点：
第1章绪论-5-1.重复性好，膜层厚度可控，可在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜；2.对于任何材料，只要能制成靶材，就可实现溅射；3.所获得的薄膜与基片的结合性好，且纯度高，致密性好等。磁控溅射系统需外加磁场，该磁场与电场相互垂直且位于阴极靶材旁边。进行磁控溅射时，需保持系统内部的真空度，因而需使用真空泵进行抽真空。同时制备涂层过程中需要气体离子轰击靶材，则需在系统中充入适量惰性气体，通常为氩气。当通电时，电极间的气体原子会被电离产生氩离子和电子。电子会受到电场和磁场的限制，电场限制电子的运动方向，使之只能向阳极方向运动；而磁场会对其运动轨迹产生相应的作用效果，使之呈现出螺旋前进的运动轨迹。同时，磁场也将电子的运动轨迹限制在靶材表面附近，不仅延长了电子的运动路程，还增加了其与氩气原子的碰撞机会，进而增加了氩离子的数量。氩离子不受磁场作用，但会在电场的作用下飞向靶材与之碰撞，如图1-3所示，通过能量转移使靶材粒子脱离靶材限制，从而沉积到基底表面形成涂层[34]。图1-3磁控溅射原理图1.4涂层分类涂层一般以晶体结构划分为晶体涂层、非晶涂层以及非晶/晶体涂层。纳米晶涂层由于其晶体极细，其晶界面积可占材料的50%以上，使其具有不同于传统晶体涂层和非晶涂层的特性[35]。由于其高晶界密度使之具有超硬度、超模量效应以及优良的抗氧化性[36]、耐腐蚀性[37,38]等特性，因此纳米涂层在光电学、催化以及汽车工艺等领域也有广阔的应用。张杰等人[39]使用AC-HVAF喷涂工艺分别制备了纳米结构和微米结构的高铬镍基合金涂层，并将之与20G钢分别在表面涂覆
【参考文献】：
期刊论文
[1]基体偏压对磁控溅射制备CrAlN薄膜摩擦学性能的影响[J]. 王建伟,薛玉君,蔡海潮,杜三明. 工具技术. 2019(06)
[2]直流磁控溅射生长（002）择优取向AlN薄膜及其光致发光[J]. 吕伟,刘俊,赵鹏宇,李健亮,李思达,沈龙海. 发光学报. 2019(06)
[3]电弧复合磁控溅射结合热退火制备Ti2AlC涂层[J]. 李文涛,王振玉,张栋,潘建国,柯培玲,汪爱英. 金属学报. 2019(05)
[4]高功率脉冲和脉冲直流磁控共溅射CrAlN薄膜的研究[J]. 郭玉垚,王铁钢,李柏松,刘艳梅,蒙德强,许人仁. 表面技术. 2019(04)
[5]倍频微脉冲复合高功率磁控溅射TiCN薄膜结构及性能研究[J]. 张炜鑫,巩春志,温家瑞,马玉山,刘海波,何涛,岳玲,田修波. 真空与低温. 2019(02)
[6]一种新型等离子体磁控溅射镀膜电源设计[J]. 李波,赵娟,李洪涛,叶超,谭巍巍,黄斌,鲁向阳,黄宇鹏,张信,欧阳艳晶,康传会,齐卓筠. 强激光与粒子束. 2019(04)
[7]脉冲负偏压对直流磁控溅射碳膜结构和性能的影响[J]. 刘婵,王东伟,李晓敏,武英桐,黄美东. 真空. 2019(02)
[8]氩离子轰击对中频-直流磁控溅射铝薄膜耐蚀性能的影响[J]. 王付胜,何鹏,郁佳琪,胡隆伟,刘燕,陈亚军. 表面技术. 2019(03)
[9]N掺杂对磁控溅射Ta涂层微观结构与耐磨损性能的影响[J]. 杨莎莎,杨峰,陈明辉,牛云松,朱圣龙,王福会. 金属学报. 2019(03)
[10]Zr含量对磁控溅射NiCrZr薄膜结构及耐蚀性的影响[J]. 孙康,崔洪芝,田硕硕,宋晓杰,王维国. 表面技术. 2019(02)
博士论文
[1]Al2O3-Y2O3体系非晶/共晶耐磨复合涂层制备及结构与性能研究[D]. 荣建.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2018
硕士论文
[1]氧化铜及掺铟氧化铜薄膜的磁控溅射制备及研究[D]. 杜永利.郑州大学 2019
[2]HVAF铁基非晶合金涂层耐蚀机理研究[D]. 田宛平.沈阳工业大学 2017
[3]磁控溅射TiN薄膜疏油疏水性能研究[D]. 乜龙威.河北农业大学 2015
[4]磁控溅射铝防护涂层制备及其应用研究[D]. 陈梓赫.广东工业大学 2015
[5]TiO2薄膜的制备及电学性能研究[D]. 方彦博.重庆大学 2015
[6]全金属组元Fe基非晶/纳米晶涂层的制备及性能研究[D]. 戴文攀.福建农林大学 2015
[7]多弧离子镀和磁控溅射复合制备（Ti,Al）N薄膜研究[D]. 张桂如.沈阳大学 2014
[8]AZ31镁合金表面磁控溅射制备TiCN及其复合薄膜的耐腐蚀性能研究[D]. 彭佳.重庆大学 2014
[9]AISI304不锈钢圆柱面的超声冲击表面强化及其组织性能的研究[D]. 甘雨林.大连理工大学 2014
[10]新型碲镍铬合金组织与热态摩擦磨损性能研究[D]. 雷雨.兰州理工大学 2014
本文编号：3102176
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