316L不銹鋼表面ZrCxN1-x涂層的構(gòu)筑與性能研究.pdf

1、本論文采用射頻磁控濺射技術(shù)在316L不銹鋼表面制備了ZrCxN1-x涂層。采用X射線光電子譜分析、X射線衍射分析、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、納米硬度、劃痕實(shí)驗(yàn)、摩擦實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、親疏水性實(shí)驗(yàn)和血小板粘附實(shí)驗(yàn)研究了ZrCxN1-x惰性涂層的微觀結(jié)構(gòu)、相組成、力學(xué)性能、抗腐蝕性以及血液相容性，重點(diǎn)考察了磁控濺射工藝參數(shù)中基體溫度對(duì)ZrCxN1-x涂層性能的影響。
　　XPS結(jié)果表明：隨著基體溫度的升高，Zr-O

2、和C-N鍵含量逐漸減少，Zr-N鍵的含量逐漸增多，Zr-C鍵和C-C鍵的含量變化不明顯。XRD結(jié)果表明25℃和200℃下制備的ZrCxN1-x涂層均為非晶態(tài)，當(dāng)基體溫度升高到400℃時(shí)，ZrCxN1-x涂層由Zr2CN納米晶粒組成。通過(guò)TEM分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了基體溫度為400℃時(shí)制備的ZrCxN1-x涂層經(jīng)過(guò)測(cè)量由4~8nm的球狀晶粒組成，晶粒大小較為均勻，其中(111)晶面可以很容易看到，而(200)晶面幾乎沒(méi)看到，傅里葉變換圖譜中

3、可以標(biāo)記出(111)晶面，這與XRD的表征結(jié)果是一致；在選區(qū)電子衍射圖譜中可以看出ZrCxN1-x涂層的電子衍射圖譜為衍射環(huán)，表明了ZrCxN1-x涂層為多晶結(jié)構(gòu)，根據(jù)相機(jī)常數(shù)值并結(jié)合衍射環(huán)半徑值可標(biāo)記出ZrCxN1-x涂層為面心立方結(jié)構(gòu)。SEM的分析結(jié)果表明在基體溫度為400℃時(shí),ZrCxN1-x涂層結(jié)構(gòu)致密、形貌均勻，涂層的厚度為1.08μm左右，涂層沉積的速率約為7.2nm/min。通過(guò)AFM觀察發(fā)現(xiàn)：基體溫度對(duì)涂層的表面形貌有明

4、顯的影響，隨著基體溫度的升高， ZrCxN1-x涂層的表面粗糙度先是減少，然后上升。
　　納米壓痕實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明：ZrCxN1-x涂層比316L不銹鋼基體具有更高的納米硬度和彈性模量，并且隨著基體溫度的升高ZrCxN1-x涂層的納米硬度和彈性模量也有所增加。劃痕實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)基體溫度的升高到200℃以上時(shí)ZrCxN1-x涂層和基體表面有很好的結(jié)合。摩擦磨損測(cè)試分析表明了不同基體溫度下制備的ZrCxN1-x涂層的摩擦系數(shù)變化不大，說(shuō)明基體

5、溫度對(duì)涂層的摩擦學(xué)特性沒(méi)有明顯的影響，磨痕形貌顯示了200℃和400℃下制備的ZrCxN1-x涂層與316L不銹鋼基體有著更好的結(jié)合。
　　電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，200℃和400℃下制備的ZrCxN1-x涂層比316L不銹鋼基體有更好的耐腐蝕性能。親疏水性結(jié)果表明，通過(guò)表面改性技術(shù)可以改變316L不銹鋼基體的親疏水性，隨著基體溫度的升高，ZrCxN1-x涂層接觸角逐漸減?。辉诓煌w溫度下制備的ZrCxN1-x涂層，表面能的色散分量