反應共濺射Ni-TiN納米復合膜的制備與性能.pdf

1、在過去的幾十年里，TiN薄膜以其高硬度、高耐磨性以及金黃的色澤被廣泛應用于機械、航天、電子等領域。然而，較低的韌性限制了TiN薄膜潛在的應用。因此，需要研究綜合力學性能優(yōu)良的材料來滿足發(fā)展的需求。納米復合膜具有優(yōu)異的綜合使用性能，因此相關研究成為材料科學研究熱點之一。
　　本文利用磁控共濺射技術，通過改變薄膜制備工藝過程中的N2流量、Ni靶濺射功率、基體溫度和負偏壓四個工藝參數(shù)制備了一系列的Ni-TiN納米復合膜，利用XRD、掃描

2、電鏡、原子力顯微鏡、納米壓痕儀、電化學工作站和多功能表面性能測試儀對所制備薄膜的相結構、表面形貌、耐腐蝕性能和力學性能等進行了系統(tǒng)表征研究，獲得如下結論。
　　研究了N2流量對Ni-TiN納米復合膜的影響，結果表明：隨著N2流量的增加，TiN的平均晶粒尺寸逐漸減小，薄膜的平均沉積速率也在減小，膜表面粗糙度則先減小后增大。在N2流量為16mL/min時，表面粗糙度最小，為2.75nm，此時，膜基結合力也達到最大，為28N。
　

3、　通過Ni靶功率對Ni-TiN納米復合膜的影響研究，發(fā)現(xiàn)：在Ni靶功率較低時，薄膜的平均晶粒尺寸較大，擇優(yōu)取向為TiN（111）晶面，隨著Ni靶功率的增加，擇優(yōu)取向變?yōu)門iN（200）晶面，平均晶粒尺寸逐漸減小，表明Ni的加入明顯地起到了細化晶粒的作用。在Ni靶功率為35W時，薄膜表面最平滑，粗糙度值最小為3.14nm，此時膜基結合力和耐腐蝕性最好。當Ni靶功率從25W增至45W時，硬度、彈性模量分別從15.1GPa和288GPa增至2

4、1.1GPa和290.5GPa，此時H3/E2的值也最大。但是當Ni靶功率增加至55W，薄膜的硬度和彈性模量又分別減小到18.2GPa和281.4GPa。
　　基體溫度對Ni-TiN納米復合膜的影響有：當溫度從100°C上升至400°C時，薄膜的擇優(yōu)取向由TiN（111）轉變?yōu)椋?00）晶面，平均晶粒尺寸先減小后增大，薄膜的膜基結合力和耐蝕性先升高后降低。在200°C時平均晶粒尺寸最小，為12.5nm，薄膜表面平整致密，表面粗糙度

5、最小。在300°C時薄膜的膜基結合力和耐蝕性最好。
　　基體負偏壓對Ni-TiN納米復合膜的影響與基體溫度的影響大致相同。隨著負偏壓的增加，薄膜的擇優(yōu)取向由TiN（111）晶面變?yōu)椋?00）晶面，薄膜平均晶粒尺寸先減小后增大，而力學性能和耐蝕性則先增加再下降。在負偏壓為-80V時平均晶粒尺寸為最小，為13.6nm，薄膜的硬度和彈性模量分別達到最大值的19.2GPa和311GPa，膜基結合力達到最大值的41N，耐腐蝕性最好。在負偏壓