高功率脈沖磁控濺射注入與沉積技術(shù)研究及CrN薄膜制備.pdf

1、等離子體浸沒(méi)離子注入與沉積(PIII＆D)是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種材料表面改性技術(shù)，具有注入與沉積同時(shí)進(jìn)行、粒子轟擊能量高，非視線性以及可處理各種形狀復(fù)雜工件等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種金屬以及化合物薄膜的注入與沉積。但是，目前應(yīng)用較廣泛的PIII＆D技術(shù)使用脈沖陰極弧源提供金屬粒子，這種技術(shù)制備的薄膜存在大顆粒，設(shè)備復(fù)雜，效率低等，嚴(yán)重影響了薄膜的性能以及在工業(yè)中更廣泛的應(yīng)用。
　　針對(duì)現(xiàn)有PIII＆D技術(shù)存在的諸多問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)室提出高

2、功率脈沖磁控濺射注入與沉積方法，本文首先研究了該方法的等離子體放電特性，在此基礎(chǔ)上研究了該技術(shù)在制備薄膜均勻性方面的優(yōu)勢(shì)，隨后在不銹鋼以及鈦合金基體上制備CrN薄膜。研究了不同Ar/N2流量比、氣壓、高壓電壓、靶間距下薄膜的性能。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、球盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，納米壓痕儀、劃痕試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)腐蝕平臺(tái)對(duì)薄膜的表面形貌、相結(jié)構(gòu)、摩擦學(xué)性能、硬度、結(jié)合力、耐腐蝕性能分別進(jìn)行了分析。
　　等離子

3、體放電特性結(jié)果表明，高功率脈沖磁控濺射注入與沉積中靶電流隨著靶平均電流、靶脈寬、高壓電壓、高壓脈寬的增加而增加，隨頻率增加而下降；基體電流隨著靶平均電流、高壓電壓的增加而增加，隨靶上高功率脈沖脈寬、頻率的增加而下降；靶電壓隨靶平均電流的上升而升高，隨靶脈寬、頻率、高壓電壓、高壓脈寬、氣壓的增加而降低；基體平均電流隨靶平均電流、頻率、高壓電壓、高壓脈寬的上升而升高，隨直流電流增加先降低后升高。
　　薄膜均勻性分析結(jié)果表明，高功率脈沖

4、磁控濺射注入與沉積技術(shù)相比于DC、DC+HV、HPPMS所制備的薄膜均勻性更好，表面致密均勻，結(jié)合力好。
　　SEM表面形貌分析得出，CrN薄膜表面主要為島狀顆粒結(jié)構(gòu)，隨Ar/N2流量比增加，薄膜表面趨于平整，缺陷減少，膜層變得更為致密。XRD分析結(jié)果表明，薄膜表面主要為CrN(200)相，隨Ar/N2流量比增加，其衍射峰強(qiáng)度逐漸增加。薄膜力學(xué)性能分析結(jié)果表明，CrN薄膜膜基結(jié)合力高，臨界載荷最高可接近70N；顯著提高了基體表面的