反应共溅射Ti-Si-N纳米复合膜的结构与性能.pdf

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1、分类号：_16178UDC单位代码11035©濬域大譽^Iss^SHENYANGUNIVERSITY巨业颁士芽位i8文rrrrr"mklllaV一WSSSBS3B13dflfll

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4、(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已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宄所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：卞.日期: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

5、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）签名：王冬七导师签名：APMU-日期:沈阳大学专业硕士学位论文论文题目：反应共溅射Ti-Si-N纳米复合膜的结构与性能作者：_________________________王苓飞指导教师：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日学位授予单位：沈阳大学AMaster’sThesisinMaterialsEngineeringMicrostructureandPropertiesofTi

6、-Si-NNanocompositeFilmsDepositedbyMagnetronReactiveCo-sputteringCandidate:WangLingfeiSupervisor：ProfessorHeChunlinSchoolofMechanicalEngineeringShenyangUniversityJune19,2015摘要TiN薄膜因其高硬度、高耐磨性、高熔点等优良性能，在磨具、机械、航空等领域得到广泛的应用。通过向薄膜中添加Al、Si等元素可以改善薄膜的性能来满足日益增长的需求。在过

7、去的几十年里，Ti-Si-N纳米复合膜由于优异的机械性能已引起了广泛的关注。然而薄膜的最佳结构和性能难以获得，因此对薄膜制备工艺的研究仍具有重要意义。本文利用反应磁控共溅射技术，在不同的工艺条件下制备了Ti-Si-N纳米复合膜。利用X射线衍射、原子力显微镜和场发射扫描电镜对薄膜的相结构与表面微观形貌进行了分析；利用划痕法、纳米压痕技术对薄膜的力学性能进行了测量；用电化学技术探究了Ti-Si-N纳米复合膜的工艺参数对薄膜耐腐蚀性能的影响。研究了Si靶功率对Ti-Si-N纳米复合膜结构和性能的影响，结果表明：Si

8、3N4是以非晶态的形式出现在薄膜中。随着Si靶功率的增加，薄膜的择优取向由（111）晶面转变为（200）晶面，晶粒尺寸先减小后增大。薄膜表面变得更加光滑致密，薄膜的膜基结合力、硬度以及耐腐蚀性随Si靶功率的增加逐渐变好。但过高的Si靶功率会使薄膜性能下降。研究了基体温度（100℃~400℃）对薄膜结构和性能的影响，结果表明：薄膜在低温条件下晶粒尺寸较小但表面的大颗粒较多，表面粗糙度较大。随着温度的升高，晶粒尺寸略有增加，但表面颗粒均匀，平整度增加。基体温度在300℃时，薄膜的膜基结合力最大为46N，硬度值也达

9、到最大值为23.0GPa，腐蚀性也最好。温度继续增加，薄膜中部分晶粒尺寸迅速增加，相关力学性能和抗腐蚀性能降低。研究了负偏压对薄膜结构和性能的影响，结果表明：随着负偏压的增加，薄膜中TiN(111)晶面衍射峰减弱，（200）晶面衍射强度增强；薄膜的平均晶粒尺寸和表面粗糙I度先减小后增大。在负偏压为-120V时薄膜的平均晶粒尺寸最小，为8.6nm，薄膜的膜基结合力和耐腐蚀性能最好。在负偏压为-80V时，薄膜表面粗糙度最小，为3.63nm。通过探究N2流量对薄膜结构和性能的影响发现：薄膜择优取向为（200）晶面，

10、平均晶粒尺寸基本不变，N2流量对薄膜择优取向和平均晶粒尺寸影响不大。N2流量的增加会使薄膜晶粒进一步细化，组织均匀。在N2流量比为8mL/min时，薄膜表面粗糙度最小为3.18nm，膜基结合力达最大值31N，此时薄膜的硬度和弹性模量也最高，分别为15.8GPa和279.2GPa。但过高的氮气流量会使薄膜的性能降低。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，，，Ti-Si-N，，，