磁控濺射制備Cu-Zr合金薄膜及其性能研究.pdf

1、近年來，非晶合金薄膜由于其微觀上短程有序長程無序的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、良好的生物相容性、優(yōu)異的耐腐性等，已經(jīng)得到了越來越多的關(guān)注。磁控濺射技術(shù)雖然是最成熟的鍍膜技術(shù)之一，然而磁控濺射發(fā)沉積非晶合金薄膜依然是很具有挑戰(zhàn)性的話題。
　　本文選擇非晶形成能力較強(qiáng)的Cu50Zr50合金薄膜作為研究對象。利用磁控濺射鍍膜技術(shù)，首先在利于薄膜結(jié)構(gòu)表征的單晶硅基底上鍍上一層Cu50Zr50非晶合金薄膜，綜合利用X射線衍射儀(X

2、RD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等材料分析設(shè)備對不同磁控濺射參數(shù)制備的Cu-Zr合金薄膜的基本結(jié)構(gòu)、表面形貌、截面形貌進(jìn)行表征；然后在Ti-6Al-4V合金基底上鍍上一系列不同磁控濺射參數(shù)的薄膜，利用電化學(xué)工作站、摩擦磨損儀、接觸角測量儀、抗菌性實(shí)驗(yàn)裝置研究不同磁控濺射工藝制備的Cu-Zr合金薄膜的電化學(xué)腐蝕性能、耐磨性能、親疏水性能、表面能與抗菌效果。
　　磁控濺射的功率越高、時(shí)間越長，薄膜的厚度越大，基

3、片的溫度越高。本課題目的在于制備Cu-Zr非晶合金薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，薄膜的結(jié)晶傾向性和基片的溫度有關(guān)，基片溫度越高，薄膜的結(jié)晶傾向性越強(qiáng)。Cu-Zr合金薄膜是以納米玻璃的形式存在的，這種納米玻璃由很多原子團(tuán)簇組成。磁控濺射的功勞越高、時(shí)間越長，則原子團(tuán)簇的尺寸越大。磁控濺射沉積薄膜的過程可以分為兩個(gè)階段：第一階段是新相形成階段，薄膜表面的粗糙度逐漸增大；第二階段是薄膜生長階段，擴(kuò)散起主要作用，薄膜表面的粗糙度逐漸減小。薄膜和基片之間存在擴(kuò)

4、散層，基片的溫度越高，擴(kuò)散層的厚度越大。
　　對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進(jìn)行了電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)，得到了塔菲爾極化曲線和自腐蝕電位、自腐蝕電流等電化學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明：在0.9％的NaCl溶液中，磁控濺射時(shí)間越長和功率越高，所制備的Cu-Zr合金薄膜的耐腐蝕性越好。
　　對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進(jìn)行了摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，得到了不同磁控濺射參數(shù)制備的Cu-Zr合金薄膜的摩擦系數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。結(jié)果表

5、明：磁控濺射時(shí)間越長和功率越高，所制備的Cu-Zr合金薄膜的耐磨性能越好。
　　對不同磁控濺射參數(shù)下制備的Cu-Zr合金薄膜進(jìn)行了表面能測試，得到了不同磁控濺射參數(shù)制備的Cu-Zr合金薄膜的接觸角和表面能。結(jié)果表明，磁控濺射的功率越大，Cu-Zr合金薄膜的表面能越大；隨著磁控濺射時(shí)間的延長，在磁控濺射第一階段，Cu-Zr合金薄膜的表面能增大，在磁控濺射的第二階段，Cu-Zr合金表面能逐漸減小。
　　對不同磁控濺射參數(shù)下制備的