TiN薄膜的制备及其纳米力学性能研究

采用磁控溅射工艺制备了TiN薄膜,借助X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜和纳米压痕仪等设备,研究了薄膜制备工艺参数(如基体温度、溅射功率、基体负偏压等)对薄膜的相结构、表面微观形貌、纳米硬度、弹性模量等的影响。结果表明:TiN薄膜为多晶态,其溅射功率、基体负偏压和基体温度等条件对薄膜的形貌、结构及纳米硬度、弹性模量等的影响比较复杂。     

偏压对电弧镀TiN薄膜结构和机械性能的影响

采用SA-6T电弧离子镀设备在抛光后的W18Cr4V高速钢表面沉积TiN薄膜,在其他参数不变的情况下,考察偏压对薄膜结构和机械性能的影响.通过扫描电镜观察了TiN薄膜的表面形貌,采用X射线衍射仪对结构进行物相分析,利用XP-2台阶仪测试了薄膜的厚度,并用纳米压痕仪和多功能表面测试仪分别对薄膜的硬度和膜基结合力进行测量.结果表明：随着负偏压的增加,具有面心立方结构的TiN薄膜沿（111）密排面的择优生长明显加强;薄膜厚度（沉积速率）呈现先增大后减小的趋势,在负偏压为100V时达到最大;薄膜综合力学性能在负偏压为200V时达到最佳.     

磁控溅射TiN薄膜工艺参数对显微硬度的影响

测试了各种工艺参数下磁控溅射制备TiN薄膜的显微硬度，并研究了TiN薄膜硬度随偏压、N2流量及溅射功率的变化．实验结果表明：N2流量对薄膜性能和结构影响较大，随着N2流量的增加，氮化钛薄膜的硬度先急剧上升，到15mL／s时达到最大值，然后氮化钛薄膜硬度平缓下降，在无偏压的情况下，氮化钛薄膜的硬度很低，加偏压后，由于离子轰击作用，薄膜硬度增加，但过高的负偏压反而会降低氮化钛薄膜硬度．     

中频非平衡磁控溅射制备Ti-N-C膜

采用霍尔离子源辅助中频非平衡磁控溅射技术,通过改变工作气氛、偏压模式、溅射电流以及辅助离子束电流,在不锈钢材料基体上制备了Ti/TiN/Ti(C,N)硬质耐磨损膜层.对薄膜的颜色、晶体结构、膜基结合力等性能进行了检测分析.结果表明:膜层的颜色对工作气氛非常敏感,反应溅射中工作气氛的微小变化会引起表面膜层颜色很大的变化.在正常的反应气体进气量范围内和较小的基体偏压下,薄膜的晶体结构没有明显的择优取向.但是反应气体的过量通入会使薄膜的晶体结构出现晶面择优取向趋势.非平衡磁控溅射成膜技术对薄膜晶体结构的择优取向影响并不是很大.在镀膜过程中施加霍尔电流,可以有效地增加膜基结合力.     

直流磁控反应溅射制备Al2O3薄膜的工艺研究

应用直流磁控反应溅射技术在不锈钢基体上制备Al2O3薄膜,研究了溅射气压、氧气流量和基体温度对Al2O3薄膜的沉积速率和膜基结合力的影响规律。结果表明,随着压力的增大,沉积速率和膜基结合力先增大后减小,在压力为1.0 Pa时最大;随着氧气流量的增加,沉积速率和膜基结合力也随之不断减小;随着温度的升高,沉积速率和膜基结合力略有下降。利用扫描电子显微镜观察了薄膜与基体界面及薄膜的表面微观形貌,薄膜与基体的结合性好,薄膜表面晶粒大小均匀,组织致密。     

双层辉光离子渗金属技术沉积氮化钛薄膜的微观结构研究

采用双层辉光离子渗金属技术,在硬质合金基体表面上制备了氮化钛（TiN）薄膜,通过微观结构和显微硬度分析,研究了基体温度对TiN薄膜性能的影响.实验结果表明：所有TiN样品均具有面心立方结构,并且薄膜生长的择优取向、晶粒尺寸、晶面间距、晶格常数和微观硬度等都与基体温度密切相关.当基体温度为650～780℃时,TiN薄膜具有最小的晶粒尺寸（26.9 nm）和最大的显微硬度（2204 HV）.     

基体温度对磁控溅射TiN薄膜结构与力学性能的影响

采用直流反应磁控溅射方法在304不锈钢表面沉积TiN薄膜.利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪研究基体温度对TiN薄膜结构与性能的影响.结果表明:TiN薄膜为柱状结构,表面平整、致密.薄膜为面心立方结构(fcc)TiN并存在择优取向,室温和150℃时薄膜为(111)晶面择优取向,300和450℃时薄膜为(200)晶面择优取向;室温时薄膜厚度仅为0.63μm,加温到150℃后膜厚增加到1μm左右,但继续加温对膜厚影响不明显;平均晶粒尺寸随着基体温度的升高略有上升;薄膜的硬度、弹性模量和韧性(H3/E*2)随基体温度的升高而增加,最值分别达到25.4,289.4和0.1744GPa.     

非平衡磁控溅射CrTiAlN镀层摩擦学性能分析

为探讨CrTiAlN镀层高硬度、低磨损机理,应用UDP850/4镀层设备,在高速钢和单晶硅基体上制备了CrTiAlN复合镀层,并测试了其力学性能和摩擦学性能,采用XRD、SEM、TEM等手段对镀层微观组织结构进行了分析.结果表明:在75 V负偏压下沉积的镀层具有显微硬度高、摩擦系数小,磨损率低,膜/基结合和韧性良好;镀层由CrN、TiN、AlN、Cr2N和Ti2N等纳米晶组成;纳米晶粒弥散于非晶的结构是硬度增强的机理;良好的膜基结合、韧性好和低摩擦系数是镀层具有低磨损的原因.     

多弧离子镀沉积TiN-Cu复合膜

利用多弧离子镀的方法,分别在不同弧电流和沉积时间下,在不锈钢基体上沉积TiN-Cu复合膜;对薄膜表面形貌、截面形貌、相组成和硬度进行表征.结果表明,复合膜中的Cu含量、沉积条件对薄膜微观结构和硬度有重要的影响.金属Cu的加入,阻止了TiN柱状晶的生长,改变了纯TiN薄膜的择优取向.当沉积时间为2h,脉冲负偏压为200V时,Cu含量为12.96at%,复合膜硬度达到最大值为2976HV.     

多弧离子镀制备TiN／AlN纳米多层膜及其超硬效应

采用多弧离子镀技术在高速钢表面制备TiN/AlN纳米多层膜,并对 TiN/AlN纳米多层膜的表面形貌、调制机构进行表征.通过对薄膜显微硬度的测试发现,纳米多层膜的显微硬度明显高于TiN 或AlN单层薄膜的显微硬度,具有明显的超硬效应.对比试验表明,TiN/AlN纳米多层膜涂层刀具比TiN 涂层刀具具有更长的使用寿命.     

基底温度对Ti/TiN薄膜内应力的影响研究

摘要：采用反应直流磁控溅射法,在硅基底上制备了一系列不同结构的Ti/TiN多层薄膜。采用X射线衍射仪（XRD）对薄膜物相进行了分析,研究了溅射沉积过程中基底温度对周期薄膜结构及内应力的影响.结果表明：多层薄膜中的Ti出现（101）面,TiN的（200）面衍射峰强度在基底温度为600℃时为最高。随着衬底温度的升高,薄膜内部的压应力逐渐减小,当基底温度在600℃时,薄膜内应力最小。     

沉积条件对MOS2/Ti复合膜性能的影响

MoS2/Ti复合膜由直流磁控溅射方法制备,膜中Ti的原子分数x(Ti)和硬度Hv随着Ti靶溅射电流I(Ti)的增加而增加.FE-SEM(场发射扫描电子显微镜)对膜表面形貌观察发现,MoS2/Ti复合膜是由尺寸为几十到几百nm的颗粒组成,膜的致密性和膜中x(Ti)有关,x(Ti)越高,膜的致密性越好,从而膜的Hv也就越高.偏压Ub是影响膜性能的重要因素,随着Ub的增加,膜的Hv也增加,当Ub=-100 V时,膜的Hv达到峰值;进一步增加Ub,膜的Hv则下降.     

仿金氮化钛薄膜的磁控反应溅射法研究

本文利用磁控反应溅射法研究制备氮化钛薄膜,结果表明,氮气分气压P_(N_2)直接影响膜中的氮、钛原子比,适当的衬底负偏电压可以消除膜中氧原子的存在。薄膜变与膜中原子组份、微观结构有关。     

Au/(C/SiO2)/p-Si结构中的电流输运机理研究

采用射频磁控溅射方法制备了镶嵌纳米碳粒的SiO2薄膜，利用Au／（C／SiO2）／p-Si结构的I-V特性曲线，对其电流输运机理进行了分析．结果表明，正向偏压较小时，薄膜中的电流符合欧姆电流输运机制；正向偏压较大时，薄膜中的电流主要是Schottky发射和Frenkel-Poole发射2种电流输运机制的共同作用结果．这一结论与样品的EL（electroluminescence）是由SiO2中的发光中心引起的结论相一致．     

Si含量和基片温度对Ti-Si-N纳米复合薄膜的影响

通过多靶磁控反应溅射方法沉积了Ti-Si-N系纳米复合薄膜。采用电子能谱仪（EDS）、X－射线衍射（SRD）、透射电子显微镜（TEM）、X－射线光电子能谱（XPS）和显微硬度仪分析Ti-Si-N系薄膜的微观结构和力学性能，以及基片温度对薄膜微结构和硬度的影响。结果表明，薄膜中的Si以非晶Si3N4形式抑制TiN晶粒的生长，使之形成纳米晶甚至非晶；薄膜硬度在a(Si)=4.14%时达到最大值（36GPa），继续增加Si的含量，薄膜硬度逐渐降低。基片温度的提高减弱了Si3N4对TiN晶粒长大的抑制作用，因而高的沉积温度使薄膜呈现出硬度峰值略低和硬度降幅减缓的特征。     

含He纳米钛膜的XRD研究

本文采用直流磁控溅射方法,在He／Ar混合气氛中,通过分别改变He／Ar流量比和沉积偏压制备不同He含量的钛膜.利用XRD(X-ray diffraction)对含He钛膜的微观结构和晶粒尺寸进行了研究.结果表明,在其它实验参数不变的情况下,当He／Ar流量比从1.0增加到25时,钛膜的平均晶粒尺寸从19.02 nm减小到8.63 nm.随着膜中He含量的增加,衍射峰宽化,晶粒细化,He的掺入有抑制纳米晶粒长大的趋势.而当沉积偏压从24 V增加到151 V时,其平均晶粒尺寸基本不变.He引入引起了（002     

含He纳米钛膜的XRD研究

本文采用直流磁控溅射方法,在He／Ar混合气氛中,通过分别改变He／Ar流量比和沉积偏压制备不同He含量的钛膜。利用XRD(X-ray diffraction)对含He钛膜的微观结构和晶粒尺寸进行了研究。结果表明,在其它实验参数不变的情况下,当He／Ar流量比从1.0增加到25时,钛膜的平均晶粒尺寸从19.02nm减小到8.63nm。随着膜中He含量的增加,衍射峰宽化,晶粒细化,He的掺入有抑制纳米晶粒长大的趋势。而当沉积偏压从24V增加到151V时,其平均晶粒尺寸基本不变。He引入引起了（002）晶面衍射峰向小角度移动,晶格参数c增加,而a不变。