基于納米壓痕技術的薄膜殘余應力研究.pdf

1、表面薄膜具有較好的耐磨、耐蝕和機械性能等諸多特點已在各領域得到廣泛應用。然而由于薄膜與基體之間材料性能的差異和薄膜制備技術自身特點等，導致了薄膜中殘余應力的存在。而薄膜中的殘余應力會對薄膜的結合強度、耐磨耐蝕、抗疲勞等性能等產生影響，嚴重的會引起薄膜表面開裂甚至剝落，因此研究薄膜表面殘余應力大小以及其分布規(guī)律，可更好的了解殘余應力的起因。
　　Ti薄膜及其多層薄膜是具有高強度和優(yōu)良耐腐性能的材料，在軍事和航空航天等領域發(fā)揮著無可取

2、代的作用。本課題計劃分別以Ti膜、TiN薄膜以及Ti/TiN多層膜為研究對象，采用磁控濺射技術制備了Ti薄膜，反應磁控濺射技術制備了TiN薄膜和Ti/TiN多層薄膜，并探索研究了制備工藝對薄膜性能的影響；分別使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、電子薄膜應力測試儀和納米壓痕儀對薄膜的表面形貌、相組成、殘余應力大小和納米力學性能進行了檢測；重點使用納米壓痕儀并結合電子薄膜應力測試儀對三種薄膜的殘余應力進行了研究；此外，使用Ab

3、aquse有限元分析軟件對納米壓痕的過程進行了模擬，并結合模擬結果對壓痕過程中薄膜表面殘余應力的變化情況進行了分析。
　　通過分析工藝參數(shù)對薄膜性能產生的影響，確定出磁控濺射法制備Ti、TiN薄膜的最佳工藝參數(shù)，結合Ti薄膜殘余應力測量結果，得知Suresh模型計算結果與曲率法更為接近。因此論文中選取Suresh模型計算所制備的三種薄膜的殘余應力。結合壓痕數(shù)據(jù)和曲率法分析對 TiN薄膜進行固定不同壓入深度的納米壓痕試驗發(fā)現(xiàn)當薄膜厚