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《ticac：h薄膜的制備及性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、上海交通大學(xué)博士論文摘要及目錄摘要對于在較軟的鋁合金基體上沉積硬質(zhì)膜，由于基體與膜的成分及性能間存在較大的差異，致使膜基結(jié)合力較差，很容易導(dǎo)致保護(hù)涂層的失效。與類金剛石碳膜相比，含有TiC相和a-C：H相的復(fù)合膜具有較低的內(nèi)應(yīng)力，且隨膜中砸元素含量的變化，膜的成分結(jié)構(gòu)及性能，特別是力學(xué)及摩擦學(xué)性能發(fā)生較大的改變。在一定成分下其硬度遠(yuǎn)高于TiC膜的硬度，而在另一定成分下膜的摩擦學(xué)特性大為改善，其摩擦系數(shù)甚至可接近于非晶碳膜的摩擦系數(shù)。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“鋁合金表面多層膜結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能關(guān)系的
2、研究”(No．50271004)的資助下，對于碳化鈦和非晶碳相形成的TiC／a．C：H復(fù)合膜進(jìn)行了研究，圍繞著鈦含量的改變對于啊c扭．C：H膜的成分、結(jié)構(gòu)的影響，對不同鈦含量情況下膜的力學(xué)及摩擦學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)地分析和討論；同時(shí)對在鋁合金基體上沉積TiC／a．C：H膜的膜基結(jié)合力進(jìn)行了研究，并采用離子注入的方法來改善TiC／a．C：H膜與鋁合金基體的結(jié)合力，取得了良好的效果。采用反應(yīng)磁控濺射的方法在鋁合金LYl2基體上沉積TiC／a-C：H膜，乙炔作為反應(yīng)氣體，通過改變乙炔氣體的流量來調(diào)整膜的成
3、分，從而制各了一系列具有不同鈦含量的TiC／a．C：H膜。在沉積TiC／a．C：H膜的同時(shí)，分別采用了不同的基體偏壓，以研究偏壓對于膜的結(jié)構(gòu)及性能的影響。在x射線光電子能譜(XPS)和掠射角x射線衍射儀(GAxRD)對膜的成分及結(jié)構(gòu)分析中發(fā)現(xiàn)，在TiC／a．C：H膜中碳除了和鈦結(jié)合生成TiC相外，主要以氫化非晶碳相(a．C：H)形式存在；隨著沉積時(shí)乙炔氣體流量的增加，膜中的鈦含量降低，而膜中的a．C：H相的相對含量卻隨之增加：隨著鈦含量的降低，膜中的TiC相的晶粒的尺寸減少；而隨著偏壓的增加，T
4、iC晶粒出現(xiàn)明顯的(111)擇優(yōu)取向，晶粒尺寸也隨偏壓的增加而減小。Raman光譜分析表明偏壓還導(dǎo)致了a．C：H中的sp3鍵的含量在一定程度上有所增加。本文還重點(diǎn)對在不同條件下制備的TiC／a．C：H膜的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。當(dāng)鈦的含量在39at．％～46at．％的范圍內(nèi)時(shí)，膜的硬度及彈性模量有明顯的增強(qiáng)現(xiàn)象，而且基體偏壓對于膜的硬度增強(qiáng)現(xiàn)象也有明顯的影響。根據(jù)Veprek提出的超硬膜的概念，膜中晶相的晶粒尺寸，包圍晶粒的非晶相的厚度及性能對于膜的力學(xué)性能有重要的影響。晶粒尺寸和根據(jù)模型計(jì)算出的晶
5、粒間a．C：H相的厚度，即晶粒分離尺寸在一定范圍內(nèi)時(shí)，膜的硬度和彈性模量具有明顯的增強(qiáng)現(xiàn)象，分別可達(dá)42GPa和350GPa左右。采用摩擦磨損儀結(jié)合SEM對幣C／a．C：H膜的摩擦學(xué)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明TiC／a．C：H膜的摩擦學(xué)特性與膜的成分直接相關(guān)。在鈦含量較低的情況下(小于11．9at．％)，表現(xiàn)為明顯的類似于非晶碳膜的摩擦學(xué)特性，具有較低的摩擦系數(shù)和磨上海交通大學(xué)博士論文摘要及目錄損速率；而在鈦的含量較高的情況下(大于43．9at．％)，表現(xiàn)為類似于幣c膜的摩擦學(xué)特性，摩擦系數(shù)和磨損
6、速率相對較高；而鈦的含量在兩者之間變化時(shí)，則表現(xiàn)為過渡的摩擦學(xué)特性。至于偏壓及硬度的變化對其摩擦學(xué)特性的影響較小。這樣就可以根據(jù)不同的需要，通過工藝參數(shù)的控制來調(diào)整膜的力學(xué)及摩擦學(xué)性能。在鋁合金表面沉積砸C，a．C：H膜前預(yù)先采用鈦離子注入處理的方法可以明顯地改善膜與基體間的結(jié)合力，一方面是鈦離子注入增加了LYl2基體的表面硬度，提高了LYl2基體的承載能力，另一方面是離子轟擊可迸一步凈化基片表面，去除一般預(yù)處理過程無法去除的氧化物和其他臟物，離子注入還可在膜基界砸處形成了一定的成分過渡層，防止
7、膜基間的成分突變，以降低該處的應(yīng)力集中。本文也嘗試采用陰極真空電弧源沉積方法制備TiC／a．C：H膜，但在采用磁過濾器的情況下沉積速率會(huì)降低，而在無過濾器的情況下又受到產(chǎn)生的微觀顆粒的影響。因此對陰極真空電弧源進(jìn)行了兩個(gè)方面的改進(jìn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于采用彎曲式磁過濾器的陰極真空電弧源來說，外部電場的改變可以顯著地改善其傳輸效率并增加了過濾器出口處的等離子體密度；而在無過濾器的情況下采用直流脈沖電源，電源參數(shù)如占空比、頻率、電流等對于產(chǎn)生的顆粒數(shù)量和尺寸分布有著一定的影響。關(guān)鍵詞：TiC／a-C：H薄膜
8、，磁控濺射，力學(xué)及摩擦學(xué)性能，結(jié)合力，陰極真空電弧源，傳輸效率，微觀顆粒Ⅱ上海交通大學(xué)博士論文摘要及目錄AbstractThefilmwithhighhardnesswasdepositedonthealuminumalloysubstrate，therehaspooradhesionstrengthbetweenthefilmsandsubstrateofaluminiumalloybecauseofbigdifferencesincompositionandpropertiesoffilma
