反應(yīng)磁控濺射鍍制(Ti,Nb)N硬質(zhì)薄膜的研究.pdf

1、本課題的目的是在剃須刀片刃口上鍍制一層硬質(zhì)薄膜，以提高刀片的鋒利度和使用舒適性，并對(duì)所鍍制的硬質(zhì)薄膜工藝參數(shù)、性能進(jìn)行研究。本文首先對(duì)硬質(zhì)薄膜的發(fā)展作了概述，著重綜述了TiN復(fù)合鍍層和納米硬質(zhì)薄膜的研究進(jìn)展；在此基礎(chǔ)上，選用雙靶反應(yīng)共濺射方法，在剃須刀片表面和刃口上沉積了(Ti,Nb)N薄膜。通過改變沉積溫度和反應(yīng)氣體壓強(qiáng)得到不同的樣品，并對(duì)膜層的相結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析和測(cè)試。
　　 為了使實(shí)驗(yàn)設(shè)備符合項(xiàng)目需要，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)

2、行了改造，主要是加設(shè)雙靶共濺射系統(tǒng)以及工件架系統(tǒng)。為了提供靶的設(shè)計(jì)理論依據(jù)，以小平面濺射源的膜材濺射模0型為出發(fā)點(diǎn)，逐步逼近于現(xiàn)實(shí)模型，依次推導(dǎo)出基片可繞中心軸旋轉(zhuǎn)、濺射源為環(huán)形跑道兩種情形，并最終推導(dǎo)出與實(shí)際相符合的環(huán)形濺射源與旋轉(zhuǎn)基片傾斜α角的最終理論模型，對(duì)最終理論模型進(jìn)行無量綱化，并且利用Matlab編程計(jì)算，得出了最優(yōu)化的靶基距。該推導(dǎo)和計(jì)算過程及方法同樣適用于其它雙靶共濺射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，只要改變相應(yīng)的參數(shù)即可。
　　

3、為了研究溫度對(duì)(Ti，Nb)N薄膜表面形貌和相結(jié)構(gòu)的影響，在300℃-500℃的范圍內(nèi)調(diào)整反應(yīng)溫度，結(jié)果表明：隨著反應(yīng)溫度的升高，晶粒的尺寸在減小，薄膜晶粒逐漸變得均勻、平整和致密。文中根據(jù)熱力學(xué)原理計(jì)算出沉積體系中各種化合物相的生成能，并結(jié)合溫度對(duì)膜層的相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和解釋。當(dāng)沉積溫度比較低時(shí)(300℃),優(yōu)先生成TiN相，而Nb無法與N化合，只能部分取代TiN品格中Ti的部分位置，形成置換固溶的(TiNb)N相。當(dāng)溫度增加到400

4、℃以上時(shí)，離子能夠達(dá)到克服NbN相的生成勢(shì)壘要求，此時(shí)不僅得到了較容易生成的TiN相，而且也得到了較難生成的NbN相。
　　 為了研究工作氣壓對(duì)(Ti，Nb)N薄膜相結(jié)構(gòu)及硬度的影響，我們分別做了400℃下，0.2pa,0.3pa,0.4pa,0.6pa,0.8pa和1.0pa六組實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：當(dāng)工作氣壓低于0.4pa時(shí)，生成的(Ti,Nb)N薄膜沿(111)面擇優(yōu)生長(zhǎng)；當(dāng)工作氣壓高于0.4pa時(shí)，生成(Ti，Nb)N薄膜沿(

5、200)面擇優(yōu)生長(zhǎng)。而且，當(dāng)工作氣壓高于0.4pa,即(Ti，Nb)N薄膜沿(200)面擇優(yōu)生長(zhǎng)時(shí)，薄膜和基體的混合硬度會(huì)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，并且在工作氣壓為0.8pa時(shí)達(dá)到最大硬度，為194HV。
　　 為了研究鍍膜后刀片刃口的鋒利度，我們對(duì)刀片做了切割力測(cè)試，并且對(duì)各組樣品做刀片刃口的SEM掃描。結(jié)果表明：在刀片刃口完好，沒有損傷的情況下，鋒利度與薄膜的硬度成正比。但是刃口的寬度和刃口角對(duì)刀片的鋒利度具有至關(guān)重要的影響，