高功率脈沖磁控濺射注入與沉積技術研究及CrN薄膜制備.pdf

1、等離子體浸沒離子注入與沉積(PIII＆D)是近年來迅速發(fā)展的一種材料表面改性技術，具有注入與沉積同時進行、粒子轟擊能量高，非視線性以及可處理各種形狀復雜工件等優(yōu)點，廣泛應用于各種金屬以及化合物薄膜的注入與沉積。但是，目前應用較廣泛的PIII＆D技術使用脈沖陰極弧源提供金屬粒子，這種技術制備的薄膜存在大顆粒，設備復雜，效率低等，嚴重影響了薄膜的性能以及在工業(yè)中更廣泛的應用。
　　針對現(xiàn)有PIII＆D技術存在的諸多問題，本實驗室提出高

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，在此基礎上研究了該技術在制備薄膜均勻性方面的優(yōu)勢，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機，納米壓痕儀、劃痕試驗機、電化學腐蝕平臺對薄膜的表面形貌、相結(jié)構、摩擦學性能、硬度、結(jié)合力、耐腐蝕性能分別進行了分析。
　　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，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，其衍射峰強度逐漸增加。薄膜力學性能分析結(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