基于等離子體光發(fā)射譜的磁控濺射薄膜成分控制及性能研究.pdf

1、對薄膜材料而言，薄膜的成分對組織結(jié)構(gòu)和性能有著極其重要的影響，傳統(tǒng)磁控濺射技術(shù)制備薄膜過程中成分受濺射工藝參數(shù)的影響比較大，難以實現(xiàn)薄膜成分的精確控制，選擇合適的成分控制方法對提高薄膜制備效率及合成高質(zhì)量薄膜具有重要意義。
　　 本文采用閉合場非平衡磁控濺射系統(tǒng)制備CrN硬質(zhì)膜和TiNi合金薄膜，通過監(jiān)測和控制等離子體光發(fā)射譜強度即OEM(Optical Emission Monitor)值精確控制薄膜成分，并對其相關(guān)性能進行了

2、測試，探討了OEM對薄膜成分及性能的影響。
　　 結(jié)果表明，隨著OEM的增加，反應氣體N2流量下降，CrN硬質(zhì)薄膜成分中的N元素含量下降；當OEM為60[％]時，CrN薄膜以單一的CrN相為主，柱狀晶組織細密，薄膜沉積速率大，具有最小的摩擦系數(shù)和最好的耐磨損性能；當OEM為55[％]時，CrN薄膜與基體結(jié)合強度最好，并具有最高的硬度和彈性模量。
　　 使用雙靶濺射制備TiNi合金薄膜，成分測試結(jié)果表明，不同的TiNi合金

3、靶功率配合不同的Ti靶功率均可以獲得近等原子比TiNi合金薄膜，濺射態(tài)薄膜為非晶態(tài)。能譜(EDS)測試結(jié)果表明光發(fā)射譜強度(OEM)與薄膜成分呈線性關(guān)系，但不同的TiNi合金靶功率下，線性關(guān)系的斜率不同。
　　 經(jīng)晶化熱處理，TiNi合金薄膜呈現(xiàn)柱狀晶晶態(tài)組織，XRD分析分析可知，薄膜中僅存在面心立方TiNi B2相，說明在室溫時TiNi合金薄膜均未發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變或者R相轉(zhuǎn)變。
　　 對成分為Ti47.54Ni52.46

4、、Ti49.71Ni50.29、Ti51.11Ni48.89和Ti51.96Ni48.04四種不同成分的薄膜進行納米壓入測試。非平衡閉合場磁控濺射得到的TiNi合金薄膜，經(jīng)過550℃30min真空退火熱處理，得到母相單一的B2相組織，說明B2相馬氏體相變溫度高于室溫，其不能在室溫條件下表現(xiàn)出偽彈性。而對于母相單一的B2相TiNi合金薄膜，Ti3Ni4相的析出，增大了薄膜的顯微硬度和彈性模量，但對于富Ti的TiNi合金薄膜，析出相對薄膜硬