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0.01mm-0.05mm镀镍锡铜箔磁控溅射纳米复合薄膜的微结构和力学性能

Time:2022-03-05Number:782

       铜箔镀镍铜箔镀锡 薄膜作为表面涂层在金属的腐蚀防护领域有广泛的应用.利用气相沉积的非平衡性使镀镍铜薄膜形成超过饱和固溶体以提高力学性能是其重要的研究方向之一.为了探索Ti和N共同加入对铝基超过饱和固溶复合薄膜的强化效果,本文采用Al和TiN磁控共溅射的方法制备了一系列Ti:N≈1的铝基复合薄膜,研究了(Ti,N)含量,溅射温度以及退火工艺对薄膜微结构和力学性能的影响.研究结果表明:1.室温溅射时,由于磁控溅射的非平衡条件,Ti,N分别以置换原子和间隙原子的形式固溶于Al晶格中,(Ti,N)/Al复合薄膜形成了兼具置换固溶和间隙固溶特征的―双超过饱和固溶体‖.Ti,N原子的共同加入使得复合薄膜的晶粒尺寸显著细化,并随溶质含量的提高,由纳米晶向非晶结构转变.在薄膜的纳米晶中可观察到层错和孪晶的存在,且晶界处可形成溶质原子的富集区.复合薄膜的硬度在含17.1at.%(Ti,N)时可迅速提高到8.9GPa.2.高温退火研究表明,对室温溅射薄膜在250°C下进行退火处理,各薄膜样品的硬度略有提高;退火温度提高至450°C后,薄膜的硬度有所下降.含6at.%(Ti,N)的室温溅射态薄膜在升温至430°C时,薄膜由超过饱和固溶的亚稳态向稳态转变.3.提高基片温度至400°C后,高温溅射薄膜的硬度略低于450°C退火态的水平.各室温及高温溅射态,退火态薄膜样品均呈现出~120GPa的高弹性模量.室温及400°C溅射薄
        用内外靶配置的多弧-磁控溅射技术在单晶硅和硬质合金上制备 Ti-Si-N纳米复合涂层,研究衬底偏压和Si靶溅射电流对涂层结构和力学性能的影响,经过实验参数优化,在偏压为-150 V,Si靶电流为15 A的沉积条件下,得到Si的原子分数为6.3%的Ti-Si-N纳米复合涂层.X射线衍射,X射线光电子能谱和透射电镜分析表明,涂层中含有晶态TiN和 非晶Si3N4,纳米尺寸的TiN颗粒镶嵌在非晶Si3N4基体结构中.纳米硬度计测试表明涂层的显微硬度为40 GPa,摩擦学实验表明其摩擦因数为0.89,可满足Ti-Si-N纳米复合涂层的工业化应用要求.
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