反应共溅射Ni-TiN纳米复合膜的制备与性能.pdf

《反应共溅射Ni-TiN纳米复合膜的制备与性能.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：_IG08密级:公3LUDC�单位代码：！1^1翁__等fSHENYANGUNIVERSITY巨业倾士芽位论文••羞“N；S^；德•J•A®.?论文题目：反应共溅射Ni-TiN纳米复合膜的制备与性能T5"：130852040127^；高建君专业(领域）：,材料工程独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做

2、的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。波苕签曰关于论文使用授权的说明本人完全了解沈阳大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循此规定）日期:沈阳大学专业硕士学位论文论文题目：反应共溅射Ni-TiN纳米复合膜的制备与性能作者：_________________________高建君指导教师：贺春林教授单位：沈阳大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年06月19日学位授

3、予单位：沈阳大学AMaster’sThesisinMaterialsEngineeringPreparationandPropertiesofNi-TiNNanocompositeFilmsDepositedbyMagnetronReactiveCo-sputteringCandidate:GaoJianjunSupervisor：ProfessorHeChunlinSchoolofMechanicalEngineeringShenyangUniversityJune19,2015摘要在过去的几十年里，TiN薄膜以其高硬度、高耐磨性以及金

4、黄的色泽被广泛应用于机械、航天、电子等领域。然而，较低的韧性限制了TiN薄膜潜在的应用。因此，需要研究综合力学性能优良的材料来满足发展的需求。纳米复合膜具有优异的综合使用性能，因此相关研究成为材料科学研究热点之一。本文利用磁控共溅射技术，通过改变薄膜制备工艺过程中的N2流量、Ni靶溅射功率、基体温度和负偏压四个工艺参数制备了一系列的Ni-TiN纳米复合膜，利用XRD、扫描电镜、原子力显微镜、纳米压痕仪、电化学工作站和多功能表面性能测试仪对所制备薄膜的相结构、表面形貌、耐腐蚀性能和力学性能等进行了系统表征研究，获得如下结论。研究了N2流量对

5、Ni-TiN纳米复合膜的影响，结果表明：随着N2流量的增加，TiN的平均晶粒尺寸逐渐减小，薄膜的平均沉积速率也在减小，膜表面粗糙度则先减小后增大。在N2流量为16mL/min时，表面粗糙度最小，为2.75nm，此时，膜基结合力也达到最大，为28N。通过Ni靶功率对Ni-TiN纳米复合膜的影响研究，发现：在Ni靶功率较低时，薄膜的平均晶粒尺寸较大，择优取向为TiN（111）晶面，随着Ni靶功率的增加，择优取向变为TiN（200）晶面，平均晶粒尺寸逐渐减小，表明Ni的加入明显地起到了细化晶粒的作用。在Ni靶功率为35W时，薄膜表面最平滑，粗糙

6、度值最小为3.14nm，此时膜基结合力和耐腐蚀性最好。当Ni靶功率从25W增至45W时，硬度、弹性模量分别从15.1GPa和288GPa增至21.1GPa和290.532GPa，此时H/E的值也最大。但是当Ni靶功率增加至55W，薄膜的硬度和弹性模量又分别减小到18.2GPa和281.4GPa。基体温度对Ni-TiN纳米复合膜的影响有：当温度从100°C上升至400°C时，薄膜的择优取向由TiN（111）转变为（200）晶面，平均晶粒尺寸先减小后增大，薄膜的膜基结合力和耐蚀性先升高后降低。在200°C时平均晶粒尺寸最小，为I12.5nm，

7、薄膜表面平整致密，表面粗糙度最小。在300°C时薄膜的膜基结合力和耐蚀性最好。基体负偏压对Ni-TiN纳米复合膜的影响与基体温度的影响大致相同。随着负偏压的增加，薄膜的择优取向由TiN（111）晶面变为（200）晶面，薄膜平均晶粒尺寸先减小后增大，而力学性能和耐蚀性则先增加再下降。在负偏压为-80V时平均晶粒尺寸为最小，为13.6nm，薄膜的硬度和弹性模量分别达到最大值的19.2GPa和311GPa，膜基结合力达到最大值的41N，耐腐蚀性最好。在负偏压为-120V时，表面粗糙度最小，为3.14nm。通过Ni-TiN纳米复合膜与304不锈钢

8、基体的耐腐蚀性对比试验发现，Ni-TiN纳米复合膜的耐腐蚀性明显好于304不锈钢基体。关键词关键词：关键词：：：磁控溅射磁控溅射磁控溅射，磁控溅射，，，Ni-TiN，，，纳纳纳米复合膜纳米复合