半球形工件表面Ti薄膜的制备及均匀性研究

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1、国内图书分类号：TB3密级：公开国际图书分类号：T13.4,T22西南交通大学研究生学位论文半球形工件表面Ti薄膜的制备及均匀性研究年级二Ο一五级姓名张锴申请学位级别工程硕士专业材料工程指导老师冷永祥教授谢东教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TB3U.D.C:T13.4,T22SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHEPREPARATIONANDUNIFORMITYOFTIFILMSDEPOSITEDONTHESURFACEOFTHEHEM

2、ISPHERICALWORKPIECEGrade:2015Candidate:KaiZhangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsEngineeringSupervisor:ProfessorYongxiangLengProfessorDongXieMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅

3、。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1.分别通过直流磁控溅射和高功率脉冲磁控溅射技术在半球形工件内、外表面不同位置处制备金属钛薄膜，研究了两种溅射方法在半球形工件内、外表面沉积薄膜的速率、结构及性能的

4、均匀性分布。研究结果表明HPPMS在半球形工件内外表面沉积薄膜的厚度、结构和性能的均匀性优于DCMS制备的薄膜。对异形工件表面改性，HPPMS技术更有前景和优势。2.详细研究了HPPMS沉积薄膜时，基体偏压对半球形工件内、外表面沉积薄膜的速率、结构和性能均匀性的影响规律。研究结果发现，基体偏压的增加能消除斜入射过程中的阴影效应，使得半球形内、外表面沉积薄膜中的柱状晶都垂直于基片表面生长，提高了薄膜致密度和硬度等力学性能。对于半球形工件内表面，基体偏压的增加对改善不同位置处薄膜沉积速率和相结构的均匀性效果较为显著；而对半球形

5、工件外表面，基体偏压对薄膜沉积速率分布的均匀性影响较小，对不同位置处沉积薄膜表面的晶面取向影响较大。基体偏压较高时在半球工件边缘处的薄膜有沿应变能小的晶面(100)择优取向；在半球底部薄膜有沿晶面(002)取向。本文的研究结果对了解半球形工件内、外表面沉积薄膜的均匀性分布及均匀性优化具有重要的参考价值。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完

6、全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期:西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要真空溅射镀膜是提高零部件表面性能、延长其使用寿命的一种重要手段。然而对复杂形状工件，如头罩、凸轮、模具等，工件表面不同部位与靶材之间存在不同的角度，薄膜沉积时将产生斜入射的阴影效应，从而引起工件表面不同部位沉积薄膜厚度、结构和性能的差异。在工件服役过程中，一旦性能最薄弱处薄膜发生失效，整个工件也就不能再正常使用。因此系统掌握异形工件表面不同部位膜厚、结构和性能的均匀性分布，并针对性的进行工艺优化，对提高零部件

7、的整体服役寿命具有十分重要的工程意义。本文以半球形工件这一具有代表性的三维实体工件作为模型工件，以金属钛膜为代表性薄膜，首先研究了直流磁控溅射(DCMS)和高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)两种方法在半球形工件内、外表面沉积薄膜的均匀性。研究结果表明HPPMS沉积薄膜的结构和性能均匀性优于DCMS方法沉积的薄膜。在此基础上，进一步研究HPPMS方法中的工艺参数对沉积薄膜均匀性的影响规律，其中重点研究了基体偏压对半球形工件内、外表面的薄膜沉积速率、薄膜结构和性能均匀性的影响规律。薄膜沉积前，在半球形工件内、外表面沿同一经线，等

8、角度的放置(20*10mm)7片硅片。薄膜沉积后，通过台阶仪、XRD、显微压痕和SEM等手段对半球形工件内、外表面不同部位硅贴片上沉积钛膜的沉积速率、相结构、显微硬度、断面形貌进行测试和表征，在此基础上对工件内外表面沉积薄膜的均匀性进行分析。主要研究结果如下：(1)采用DCMS制备薄膜时，在半球形工件内