类金刚石薄膜、TiAlN薄膜及其TiAlN%2fDLC薄膜的性能的分析.pdf

东北大学硕士论文类金刚石薄膜、TiAlN薄膜及TiAIN/DLC薄膜的性能研究摘要本文首先对类金刚石薄膜和TiAIN薄膜的研究背景、结构性能、制备方法、表征、应用以及生长机理进行了综述。在此基础上,将非平衡磁控溅射和电弧离子镀工艺相结合,并使用霍尔离子源辅助,制备了过渡层为cr、掺杂n的DLC薄膜。并研究了霍尔放电电流、乙炔气量、氮气气量对类金刚石薄膜性能的影响。采用激光拉曼光谱分析了薄膜的微观结构;x射线能谱仪进行了深度剖析;扫描电子显微镜观察薄膜的表面形貌, 并用轮廓仪测量薄膜厚度;色差仪观测薄膜的颜色;显徼硬度计测量薄膜的硬度;大载荷划痕仪测量薄膜的结合力;摩擦磨损试验机检测薄膜的摩擦系数;电化学工作站测试了薄膜的耐腐蚀性。之后,通过改变靶位置和靶材料,制备了不同Al含量的TiAIN薄膜。采用x射线衍射仪分析了薄膜的结构;x射线能谱仪进行了深度剖析;扫描电子显微镜观察薄膜的表面形貌,并用轮廓仪测量薄膜厚度;显微硬度计测量薄膜的硬度;大载荷划痕仪测量薄膜的结合力;摩擦磨损试验机检测薄膜的摩擦系数。在以上工作基础上制备了TiAIN/DLC薄膜,并与以上两种薄膜进行了性能比较。 DLC薄膜部分: (1)随霍尔电流增加,薄膜沉积速率下降,表面趋于光滑,ltdlo比例增大,s,键含量的下降,摩擦系数略有下降。(2)随乙炔量增加,薄膜沉积速率增大,但薄膜变的粗糙, Io/IG值减小,矿键含量增多,摩擦系数下降。(3)当氮气分压增加时,薄膜沉积速率下降,薄膜变的光滑,摩擦系数降低。当 N2量少于30seem时,薄膜中的sp3含量逐渐增大;继续增加N2含量时,由于薄膜中存在大量的碳氮键,使薄膜不再符合Ferrari模型,导致不能用INIc比例来定性说明薄膜中的s,含量。(4)本次实验制备的所有DLC薄膜sp3键含量接近,硬度变化不明显;过渡层制备工艺大致相同,测得薄膜结合力变化不大;薄膜显著提高基体电极的抗腐蚀能力;测得DLC薄膜阻值均高于2MQ,类金刚石薄膜为高电阻膜。面1.,AlIN薄膜部分: (5)随Al含量增多,nI捌xN沉积速率变大;. 东北大学硕士论文摘要特征谱线。x在51at%,此时摩擦系数最小;薄膜随 Al含量增多,表面粗糙;不同Al含量的薄膜结合力大致相同。 T认lN/DLC薄膜部分: (6)TiAIN/,Ⅲn/h,表面比较粗糙; 由XPS深层剖析可知,TiAlN/DLC薄膜表层结构与DLC薄膜相似,里层结构与TiAlN 薄膜相似;TiAIN/DLC薄膜的显微硬度与DLC薄膜显微硬度接近,低于T认IN薄膜显微硬度;TiAlN/I)LC膜耐磨性能优于TiAIN薄膜和DLC薄膜;TiAIN/DLC耐腐蚀性能优于DLC薄膜。关键词:类金刚石薄膜;TIAIN薄膜;TiAIN/DLC薄膜;中频非平衡磁控溅射;电弧离子镀;霍尔等离子体源.Ⅲ. 东北大学硕士论文 Abstract The properties research ofDiamond-like Carbon,TiAIN and TiAIN/DLC films Abs仃act 11lcresearch background,stnlcture,performance,characterization,application and growth mechanism ofdiamond·like carbon(DLC)films and TiAIN films were first ron sputtering with cathode arc,and use Hall ion source assisted toprepare Tiand Ndoped DLC film、^dth transitionlayer Halldischarge current,SOUrce gas C2He,ratio ofargon andnitrogen had beeninvestigated. 11lc micro—structure of thefilms was evaluated by micro laserRaman;ne surface morphology ofthe films wasdetermined using Scan Electron Microscope;11圮roughness and thickness ofthefilm was measured by Surface Profilometer;The colour ofthe filmswas investigate