鎂合金表面離子束復(fù)合形成Ti-Al-N薄膜研究.pdf

1、鎂合金作為一種理想的現(xiàn)代工業(yè)結(jié)構(gòu)材料,具有導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性優(yōu)良;無磁性及電磁屏蔽等特性,應(yīng)用廣泛且需求量逐年增加。然而鎂合金較差的耐蝕性和耐磨性嚴(yán)重制約了其在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。Ti-Al-N薄膜作為硬質(zhì)薄膜的一種,在硬度、耐磨性及高溫氧化性等方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。考慮到磨損、腐蝕總是從表面開始,采用表面復(fù)合處理的方法在鎂合金表面制備Ti-Al-N薄膜,既保留鎂合金的特性,又達(dá)到了提高其耐磨、耐腐蝕性能的目的。使用自行設(shè)計(jì)的MIB-700多

2、功能離子束聯(lián)合濺射設(shè)備,采用磁控濺射與離子注入復(fù)合方法在鎂合金表面制備Ti-Al-N薄膜,研究了Ti-Al-N薄膜的物相組成、表面形貌、附著力以及對鎂合金耐磨、耐腐蝕性能的影響。
　　(一)直流磁控濺射工藝參數(shù)優(yōu)化。
　　為了使磁控濺射技術(shù)與離子注入技術(shù)復(fù)合的很好,磁控濺射參數(shù)的優(yōu)化就顯得很重要。在對磁控濺射機(jī)理做了簡要研究后,對磁控濺射中氣壓、功率、時(shí)間三個(gè)參數(shù)對成膜厚度的影響做了研究,得到了如下結(jié)果:磁控濺射中膜厚隨濺射

3、功率的增大而增加;磁控濺射中濺射時(shí)間與膜層厚度近似成正比,且在某一范圍內(nèi)膜厚與時(shí)間成線性關(guān)系;工作氣壓與膜層厚度近似于拋物線的關(guān)系,當(dāng)工作氣壓較低時(shí),增大氣壓膜層厚度也隨之增大,而當(dāng)工作氣壓超過某一值后,增大氣壓,膜層厚度反而迅速減小。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,得出了磁控濺射 Ti的最優(yōu)參數(shù)為:功率150w,氣壓0.5Pa,時(shí)間段為5-180min;磁控濺射Al的最優(yōu)參數(shù)為:功率120w,氣壓1.5Pa,時(shí)間段為5-180min。
　

4、　(二)鎂合金表面Ti-Al-N薄膜復(fù)合制備。
　　通過對離子注入技術(shù)和復(fù)合表面處理技術(shù)的深入了解,結(jié)合多層復(fù)合薄膜組織更致密、晶粒細(xì)小均勻,殘余應(yīng)力更小的優(yōu)點(diǎn),在鎂合金表面采用磁控濺射與離子注入復(fù)合技術(shù)制備Ti-Al-N薄膜。物相分析表明通過磁控濺射復(fù)合離子注入技術(shù)制備Ti-Al-N薄膜是可行的,且所得薄膜閃鋅礦結(jié)構(gòu)(B相)衍射峰強(qiáng)度較大,說明固溶強(qiáng)化作用明顯,成膜質(zhì)量較高;表面形貌顯示六周期Ti-Al-N薄膜表面光滑平整,未出

5、現(xiàn)開裂,八周期Ti-Al-N薄膜表面有嚴(yán)重裂紋,說明并不是周期越多薄膜質(zhì)量越高;同相同厚度的多層TiN、單層TiN對比發(fā)現(xiàn)多層薄膜殘余應(yīng)力更小;AFM測試結(jié)果顯示6周期Ti-Al-N薄膜表面光滑連續(xù),平均表面粗糙度Ra僅為10.692nm,說明薄膜表面光滑;附著力測試發(fā)現(xiàn)磁控濺射離子注入復(fù)合制備的薄膜結(jié)合力不強(qiáng)。
　　(三)純鈦過渡離子束復(fù)合形成Ti-Al-N薄膜。
　　采用預(yù)鍍純Ti過渡層的方案解決Ti-Al-N薄膜附著力