真空鍍膜技術之濺射大氣的壓力對碳化釩薄膜微結構與力學性能的影響
認為合適而使用碳化釩靶的電磁控制濺射辦法在不一樣的Ar 大氣的壓力下制備了一系列碳化釩薄膜, 利用能+羭縷剖析光譜儀, X 射線衍射,電子掃描電細目鏡, 原子力目鏡和微力學探針研討了大氣的壓力對薄膜成分、相組成、微結構以及力學性能的影響。最后結果表明電磁控制濺射VC 瓷陶靶可以便捷地制備結晶體態的單相碳化釩薄膜, 況且濺射大氣的壓力對薄膜的化學成分、相組成、微結構以及相應的力學性有較大的影響。在濺射大氣的壓力為2.4~ 3.2 Pa 的范圍內, 可取得形成晶體程度好和硬度與彈性模量較高的碳化釩薄膜, 其無上硬度和彈性模量作別為28, 269 GPa。低的濺射大氣的壓力( 0.32~ 0.9 Pa) 下, 所得薄膜形成晶體較差且硬度較低; 過高的濺射大氣的壓力( > 4.0 Pa) ,薄膜的濺射效率減低, 形成晶體變差, 其硬度和彈性模量亦隨之減低。真空泵低大氣的壓力下薄膜碳含量較高和高大氣的壓力下濺射原子能+羭縷減低有可能是薄膜形成晶體程度減低的主要端由。
瓷陶硬質涂層作為外表改性材料在現代工業中獲得廣泛應用。在刃具涂層上, TiN 薄膜獲得了很大成功, 有力量地推動了制作業半自動化、規模化的進展。繼TiN 往后, 過渡族金屬氮化物, 如CrN,ZrN,TiAlN 等性能更為特別好并各具獨特的風格的涂層又一個跟著一個推出, 為滿意不一樣加工形式和加工條件下刃具對涂層的特別要求供給了挑選的空間 。與氮化物相形, 碳化合物一樣具備很多特別好的綜合性能并且硬度更高, 不過, 過渡族金屬碳化合物的相組成普通都較其氮化物復雜, 制備技術也相對艱難, 限止了這類有非常大潛在力量涂層材料的進展。故而在工具涂層中, 只有TiC 和TiCN 薄膜獲得較多的研討和應用。
碳化釩是硬度無上的過渡金屬碳化合物之一, 作為工具涂層還具備低磨擦系數, 低熱傳導率和高耐蝕性等特別好性能, 況且運用中還可因外表形成V2O5 的自潤滑油效用顯著減低刃具的磨削阻力。反響濺射是碳化釩薄膜最為常見的制備辦法, Aouni, 李廣澤等作別認為合適而使用金屬V 靶及CH4 和金屬V 靶及C2H2 反響濺射制備了不一樣碳含量的碳化釩薄膜, 發覺反響氣體分壓對碳化釩薄膜相組成及微結構影響非常大, 隨著反響分壓的升高, 可因碳含量的不一樣取得V, V2C,V8C7, VC 及VC 與C 多種單相或多相并存的一系列碳化釩薄膜。不過以上研討皆運用含氫的碳化合物氣體( 如CH4, C2H2) 作為反響氣體, 不過氫的存在會對薄膜萌生很多不順利的影響 。額外Balden等運用青灰靶和金屬V 靶反響濺射制備并研討了碳化釩薄膜, 但因為碳化釩薄膜具備很多復雜相結構, 利用反響濺射技術很難扼制薄膜的相組成而取得單相的VC 薄膜。
認為合適而使用碳化釩瓷陶靶濺射可以防止反響濺射中氫所帶來的好些個不順利影響, 況且可以很便捷地扼制薄膜成分和相組成, 因此獲得單相的碳化釩薄膜。但到現在利用瓷陶靶濺射制備碳化釩薄膜, 以及工藝參變量的變更對薄膜微結構和性能的影響尚無幾見。
本文認為合適而使用碳化釩靶的電磁控制濺射技術在不一樣工藝參變量下制備了一系列碳化釩薄膜, 研討了濺射大氣的壓力對碳化釩薄膜成分、相組成、微結構與力學性能的影響。
1、實驗過程
實驗薄膜認為合適而使用ANELVA SPC-350 多功能電磁控制濺射儀制備。碳化釩靶( 純凈度為99.9百分之百 ) 由射頻負極扼制; 不銹鋼基片經1 m 金剛石研磨膏打光, 并經丙酮和無水乙醇超聲清洗并脫水后裝入真空室內的基片架, 基片到靶的距離為5 cm。背底真空優于1X10- 3 Pa 后, 高純Ar( 純凈度為99.999百分之百) 氣體充入真空室中, 經過Ar 大氣的壓力強的變更( 0.32~ 4.8 Pa) 取得一系列碳化釩薄膜。淤積碳化釩薄膜前先在基片上淤積一層約100 nm 金屬Ti, 以增長薄膜與基體的接合力。薄膜淤積過程中, 基片溫度扼制為450 , VC靶的濺射功率固定為100W, 淤積時間為2 h, 況且錯誤基片給予負偏流電壓。
薄膜的相組成剖析在Rigaku D/ max??2550/ PC 型X 射線衍射儀( XRD) 向上行, 認為合適而使用Cu-Ka線; JSM-7500F 型場發射電子掃描電細目鏡( SEM) 及其附帶的OXFORD INCA 型X 射線能+羭縷分散色光譜儀( EDX) 用于仔細查看薄膜的成長結構并剖析成分; 利用Nanoscope II-Ia 型原子力目鏡(AFM) 仔細查看了薄膜的表不熟悉長形貌。薄膜的硬度和彈性模量在Fischerscope H100 型微力學探針上勘測, 認為合適而使用維氏壓頭, 每個樣品均勘測20 個點以上, 而后取均勻值。
3、論斷
認為合適而使用在Ar 氣體中的射頻電磁控制濺射碳化釩瓷陶靶可以便捷地取得單相碳化釩薄膜。濺射大氣的壓力對薄膜的化學成分、相組成、微結構、淤積效率以及相應的力學性有較大的影響。在濺射大氣的壓力為2.4~ 3.2
Pa 的范圍內, 所得薄膜形成晶體程度較好況且硬度與彈性模量較高, 無上硬度和彈性模量作別為28 GPa 和269 GPa。低的濺射大氣的壓力( 0.32~ 0.9 Pa) 下, 所得薄膜C 含量較高, 形成晶體較差且硬度較低; 過高的濺射大氣的壓力( > 4.0 Pa) 將造成薄膜淤積效率減低, 形成晶體變差, 其硬度和彈性模量亦隨之減低。
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