外部等离子体辅助磁控溅射低温沉积氮化钛薄膜的研究

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1、西南大学硕士学位论文摘要外部等离子体辅助磁控溅射低温沉积氮化钛薄膜的研究学科专业：材料物理与化学研究生：卢春灿指导教师：聂朝胤(教授)摘要磁控溅射具有沉积速率高及基片温升低的特点，在真空镀膜领域有着广泛的应用。而外部等离子体辅助磁控溅射技术具有比常规磁控溅射更高的金属离化率和等离子体密度，能够在低温条件下制备性能优异的薄膜，为轴承钢等低温回火材料零部件的表面改性提供了一种有效的技术手段，对于开发无污染环保型表面改性处理技术具有重大的意义。本文成功地运用射频与阳极层线性离子源共同辅助磁控溅射技术低温条件下

2、(150℃)在不锈钢基体上沉积了氮化钛薄膜，系统研究了射频功率、阳极层线性离子源功率、氮气流量等工艺参数对薄膜表面形貌、色泽、相结构及硬度和膜基结合强度等机械性能的影响；同时在优化工艺参数条件下制备了具有良好综合性能的氮化钛薄膜，考察了其摩擦学特性，并与电弧离子镀制备的氮化钛薄膜作了对比研究，在此基础上提出了改善氮化钛薄膜表面状况，能够降低配副件的磨损量，从而可以实现对配副件的保护。研究表明，射频辅助是磁控溅射低温沉积氮化钛薄膜的最关键因素。没有射频等离子体辅助时，薄膜均为紫黑色，引入射频，薄膜颜色向金

3、黄色的氮化钛转变。而氮气流量、负偏压、沉积总压等常规工艺参数明显影响着薄膜相结构、色泽、以及硬度等，合理控制工艺参数，能够改善薄膜的性能。阳极层线性离子源的加入，能对薄膜表面提供单独离子轰击，明显改善薄膜表面形貌、机械性能与结晶性。经过XRD衍射图谱和EDS能谱分析，表明本文低温沉积的氮化钛薄膜具有明显的TiN(111)面择优取向，硬度测试、摩擦磨损实验、压痕法测试表明制备的氮化钛薄膜机械性能优越，对基体能取到很好的保护作用。在与GCrl5钢球的往复式磨损实验中发现，磁控溅射氮化钛薄膜由于表面平整、晶粒

4、细小，对应的配副件的磨损量小，而电弧离子镀氮化钛薄膜表面大颗粒多、粗糙度较大，配副件磨损量大。很明显磁控溅射氮化钛薄膜与电弧离子镀氮化钛薄膜表面形貌的不同导致了配副件GCrl5不同的磨损状况。通过不同的表面处理改变电弧离子镀氮化钛薄膜的表面形貌与粗糙度，与未处理的薄膜进行摩擦磨损实验对比，结果表明：采用2000目砂纸打磨与抛光西南大学硕士学位论文摘要处理后的氮化钛薄膜表面附着膜有明显的增多，配副件的磨损量比未处理的磨损量小，因此验证了氮化钛薄膜的表面形貌与配副件的磨损量的关系，表面越平整且粗糙度越小，对

5、应配副件的磨损量就越小。关键词：阳极层线性离子源；射频；磁控溅射；低温；氮化钛：Ⅱ西南大学硕士学位论文ABSTRACTTheResearchonTiNfilmsDepositedbyPlasmaAssistedMagnetronSputteringatLowTemperatureMajor：MaterialPhysics&．ChemistryAdvisor：Pro￡NieChaoyinAuthor：LuChuncanAbstractMagnelronsputtering(M．S．)techniquesh

6、avebeenwidelyusedintheindustryduetotheirhi．ghdepositionrateandlowprocessingtemperature．Withhighermetalionizationandplasmadensitythanmagnetronsputtering，plasmaassistedmagnetronsputteringcandepositthinfilmswithgoodpropertyatlowtemperature．Thereforethestudy

7、providesanewandeffectivetechnologicalsolutiontothesurfacemodificationofthecomponentsoftemperature-sensitivematerialssuchasbearingsteelsandmakesgreateffortsindevelopingenvironmentally-protectivesurfacemodificationtechnology．ThispapermanagedtodepositTiNfil

8、mswithgoodpropertiesonstainlesssteelusingplasmaandradiofrequency(RDassistednmgnetronsputteringmethodbelow150℃．TheeffectsofprocessingparametersOnthefilmsproperties，includingRFpower,anodelinearion踟黼power,thefluxofnitrogenete