ticac：h薄膜的制备及性能研究

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1、上海交通大学博士论文摘要及目录摘要对于在较软的铝合金基体上沉积硬质膜，由于基体与膜的成分及性能间存在较大的差异，致使膜基结合力较差，很容易导致保护涂层的失效。与类金刚石碳膜相比，含有TiC相和a-C：H相的复合膜具有较低的内应力，且随膜中砸元素含量的变化，膜的成分结构及性能，特别是力学及摩擦学性能发生较大的改变。在一定成分下其硬度远高于TiC膜的硬度，而在另一定成分下膜的摩擦学特性大为改善，其摩擦系数甚至可接近于非晶碳膜的摩擦系数。本文在国家自然科学基金项目“铝合金表面多层膜结构与力学性能关系的

2、研究”(No．50271004)的资助下，对于碳化钛和非晶碳相形成的TiC／a．C：H复合膜进行了研究，围绕着钛含量的改变对于啊c扭．C：H膜的成分、结构的影响，对不同钛含量情况下膜的力学及摩擦学性能进行了详细地分析和讨论；同时对在铝合金基体上沉积TiC／a．C：H膜的膜基结合力进行了研究，并采用离子注入的方法来改善TiC／a．C：H膜与铝合金基体的结合力，取得了良好的效果。采用反应磁控溅射的方法在铝合金LYl2基体上沉积TiC／a-C：H膜，乙炔作为反应气体，通过改变乙炔气体的流量来调整膜的成

3、分，从而制各了一系列具有不同钛含量的TiC／a．C：H膜。在沉积TiC／a．C：H膜的同时，分别采用了不同的基体偏压，以研究偏压对于膜的结构及性能的影响。在x射线光电子能谱(XPS)和掠射角x射线衍射仪(GAxRD)对膜的成分及结构分析中发现，在TiC／a．C：H膜中碳除了和钛结合生成TiC相外，主要以氢化非晶碳相(a．C：H)形式存在；随着沉积时乙炔气体流量的增加，膜中的钛含量降低，而膜中的a．C：H相的相对含量却随之增加：随着钛含量的降低，膜中的TiC相的晶粒的尺寸减少；而随着偏压的增加，T

4、iC晶粒出现明显的(111)择优取向，晶粒尺寸也随偏压的增加而减小。Raman光谱分析表明偏压还导致了a．C：H中的sp3键的含量在一定程度上有所增加。本文还重点对在不同条件下制备的TiC／a．C：H膜的力学性能进行了研究。当钛的含量在39at．％～46at．％的范围内时，膜的硬度及弹性模量有明显的增强现象，而且基体偏压对于膜的硬度增强现象也有明显的影响。根据Veprek提出的超硬膜的概念，膜中晶相的晶粒尺寸，包围晶粒的非晶相的厚度及性能对于膜的力学性能有重要的影响。晶粒尺寸和根据模型计算出的晶

5、粒间a．C：H相的厚度，即晶粒分离尺寸在一定范围内时，膜的硬度和弹性模量具有明显的增强现象，分别可达42GPa和350GPa左右。采用摩擦磨损仪结合SEM对币C／a．C：H膜的摩擦学特性进行了分析，结果表明TiC／a．C：H膜的摩擦学特性与膜的成分直接相关。在钛含量较低的情况下(小于11．9at．％)，表现为明显的类似于非晶碳膜的摩擦学特性，具有较低的摩擦系数和磨上海交通大学博士论文摘要及目录损速率；而在钛的含量较高的情况下(大于43．9at．％)，表现为类似于币c膜的摩擦学特性，摩擦系数和磨损

6、速率相对较高；而钛的含量在两者之间变化时，则表现为过渡的摩擦学特性。至于偏压及硬度的变化对其摩擦学特性的影响较小。这样就可以根据不同的需要，通过工艺参数的控制来调整膜的力学及摩擦学性能。在铝合金表面沉积砸C，a．C：H膜前预先采用钛离子注入处理的方法可以明显地改善膜与基体间的结合力，一方面是钛离子注入增加了LYl2基体的表面硬度，提高了LYl2基体的承载能力，另一方面是离子轰击可迸一步净化基片表面，去除一般预处理过程无法去除的氧化物和其他脏物，离子注入还可在膜基界砸处形成了一定的成分过渡层，防止

7、膜基间的成分突变，以降低该处的应力集中。本文也尝试采用阴极真空电弧源沉积方法制备TiC／a．C：H膜，但在采用磁过滤器的情况下沉积速率会降低，而在无过滤器的情况下又受到产生的微观颗粒的影响。因此对阴极真空电弧源进行了两个方面的改进。结果发现对于采用弯曲式磁过滤器的阴极真空电弧源来说，外部电场的改变可以显著地改善其传输效率并增加了过滤器出口处的等离子体密度；而在无过滤器的情况下采用直流脉冲电源，电源参数如占空比、频率、电流等对于产生的颗粒数量和尺寸分布有着一定的影响。关键词：TiC／a-C：H薄膜

8、，磁控溅射，力学及摩擦学性能，结合力，阴极真空电弧源，传输效率，微观颗粒Ⅱ上海交通大学博士论文摘要及目录AbstractThefilmwithhighhardnesswasdepositedonthealuminumalloysubstrate，therehaspooradhesionstrengthbetweenthefilmsandsubstrateofaluminiumalloybecauseofbigdifferencesincompositionandpropertiesoffilma