AZ31鎂合金表面磁控濺射氮化鈦鋁薄膜及其性能研究.pdf

1、近年來，鎂及其合金因儲(chǔ)量豐富，性能優(yōu)異受到人們的關(guān)注，廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、微電子產(chǎn)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。然而，鎂及其合金的耐腐蝕性能較差，嚴(yán)重影響了其廣泛應(yīng)用。提高鎂合金的耐腐性是當(dāng)前鎂合金開發(fā)與研究的重要課題，目前主要采用各類表面涂層技術(shù)。在這些技術(shù)中，磁控濺射技術(shù)由于具有沉積薄膜質(zhì)量好、技術(shù)簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是制備表面涂層的最佳方法之一。
　　本論文研究采用射頻反應(yīng)磁控濺射法在 AZ31鎂合金基片上沉積氮化鈦鋁薄膜，Z

2、r-氮化鈦鋁、Ti-氮化鈦鋁、Al-氮化鈦鋁復(fù)合膜。通過電化學(xué)測(cè)試研究了氮化鈦鋁薄膜的耐腐蝕性，研究工藝參數(shù)對(duì)氮化鈦鋁薄膜耐腐蝕性的影響，采用 X射線衍射儀、FIB掃描電鏡、X射線光電子能譜儀，顯微硬度儀及輪廓儀分別研究了薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、化學(xué)組成、表面硬度、厚度以及表面粗糙度。采用劃格實(shí)驗(yàn)法評(píng)定TiAlN薄膜及復(fù)合膜與鎂合金基片間的結(jié)合力。
　　研究表明：實(shí)驗(yàn)制備的氮化鈦鋁薄膜為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，與鎂合金基體之間的結(jié)合良好。當(dāng)

3、鋁靶濺射功率為50W、鈦靶濺射功率為125W、氮?dú)饬髁繛?0sccm、沉積時(shí)間為8h時(shí)，所制備的氮化鈦鋁薄膜在3.5wt％NaCl溶液中的耐腐蝕性能最好，腐蝕電流密度（2.820×10-7A/cm2）比鎂合金基體（1.066×10-5 A/cm2）降低超過了1個(gè)數(shù)量級(jí)。XPS分析得出，所制備的薄膜含有Al、Ti、N、C、O5種元素，C和O主要來源于空氣中吸附和氧化所致。通過對(duì)各元素窄譜分析，薄膜主要以TiN，TiO2，TiON，AlN和

4、Al2O3等相存在。通過顯微硬度儀及臺(tái)階儀檢測(cè)表明，氮化鈦鋁薄膜能有效提高鎂合金基體硬度，降低鎂合金基體粗糙度。
　　通過對(duì) Zr-氮化鈦鋁、Ti-氮化鈦鋁、Al-氮化鈦鋁復(fù)合膜電化學(xué)檢測(cè)及浸泡實(shí)驗(yàn)Zr-氮化鈦鋁復(fù)合膜對(duì)鎂合金基體保護(hù)性最好，Al-氮化鈦鋁復(fù)合膜對(duì)鎂合金基體保護(hù)性最差。附著力試驗(yàn)得到Al-氮化鈦鋁復(fù)合膜與鎂合金基體間的附著力等級(jí)為2級(jí)，Ti-氮化鈦鋁、Zr-氮化鈦鋁復(fù)合膜與鎂合金基體間的附著力等級(jí)為1級(jí)，復(fù)合膜與基