调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层研究

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1、硕士学位论文调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层研究InvestigationofNanocompositeTiAISiNCoatingsDepositedbyModulatedPulsedPowerMagnetronSputtering学号：呈!!Q墨Q墨Z大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明JIIIIillIIlllIIIfIY2592794作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明

2、引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：迥剑然韭邀控遮挝剑叠纳苤复佥丛鲤壁氢途屋丑究作者签名：型＆日期：型!!年—生月』兰日大连理工大学硕士学位论文摘要本文采用闭合场非平衡调制脉冲磁控溅射技术制备纳米复合钛铝硅氮涂层，研究溅射工艺参数如溅射靶材成分、溅射气压和溅射平均功率对涂层结构与性能的影响，分析纳米复合钛

3、铝硅氮涂层成分、结构与性能之间的作用机理与规律，进而选择制定闭合场非平衡调制脉冲磁控溅射系统制备纳米复合钛铝硅氮涂层最优工艺参数。闭合场非平衡调制脉冲磁控溅射系统制备纳米复合钛铝硅氮涂层，使用不同Al含量TiAISi合金靶材在闭合场非平衡调制脉冲磁控溅射系统中制备纳米复合nc．(Til-xAlx)N／a．Si3N4涂层，随着X值升高(A1含量升高)，涂层硬度先升高而后降低。其升高原因为纳米复合涂层qb(Til_xAlx)N晶体相硬度随着Al原子在TiN晶格中固溶而升高，涂层最高硬度为34GPa，但当(Til．x

4、Alx)N晶体中X大于等于0．6时，(Til．xAlx)N晶体结构将由NaCl面心立方向ZnS六方转变，引起晶体相硬度的急剧降低，进而降低纳米复合涂层整体硬度，最低硬度为18GPa。随着溅射气压的增加，涂层由致密类非晶结构转变为贯穿的柱状晶结构，涂层沉积速率和残余压应力降低。涂层硬度与涂层残余压应力之间存在线性关系，随着溅射气压的升高，涂层内部残余压应力降低，涂层硬度降低。当溅射气压为O．11Pa时，涂层残余应力和硬度分别为．369．67MPa和20．46GPa，溅射气压升高至0．70Pa后，涂层残余应力和硬度

5、分别为50．17Ⅷa和14．46GPa。溅射平均功率升高会提高溅射等离子体中金属离子离化程度，涂层在高能量粒子轰击下将产生原子尺度加热效应，促进涂层中条幅分解的进行，形成界面清晰的非晶包裹纳米晶结构，有助于纳米复合涂层性能改善，尤其是其硬度提高。当溅射平均功率为1kW时，涂层硬度为16．43GPa，溅射气压升高至4kW时，涂层硬度增加至21．28GPa。采用统计学分析方法中多重线性回归分析得出涂层硬度与溅射工艺参数之间的回归方程，并绘制调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层工艺特性图，获得制备高硬度纳米复合钛

6、铝硅氮涂层的工艺条件为较高溅射平均功率(≥4kW)和低溅射气压(≤0．3Pa)。关键词：钛铝硅氮涂层；调制脉冲磁控溅射；纳米复合结构；工艺参数调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层研究InvestigationofNanocompositeTiAlSiNCoatingsDepositedbyModulatedPulsedPowerMagnetronSputteringAbstractNanocompositeTiAISiNcoatingswasdepositedbyclosedfieldunbalalicem

7、odulatedpulsedpowermagnetronsputtering．Theeffectsofsputteringparameterssuchastargetcontent，sputteringpressureandaveragepoweroncoatings、microstructureandmechanicalpropertieswereinvestigated．TherelationshipbetweenTiAlSiNcoatings、composition，microstructureandme

8、chanicalpropertieswerediscussedtocarryoutoptimalprocessparameterstodepositnanocompositeTiAlSiNcoatingsbyclosedfieldunbalancemodulatedpulsedpowermagnetronsputtering．TargetswimvariousA1contentwere