磁控濺射TiN薄膜疏油疏水性能研究.pdf

1、隨著人們生活水平的改善和環(huán)保意識的不斷提高，具有優(yōu)異的拒水、拒油性能的疏水、疏油材料，在我們的日常生活中、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品制造乃至國防建設中都占據(jù)著愈來愈重的作用。例如在紡織品、皮革表面應用疏油、疏水薄膜技術，制成防水、防油污的服裝、皮鞋等;用在石油輸送管道內(nèi)壁和精準注射器針尖上能防止粘附、堵塞通路，減少了損耗;在船舶、潛水艇的外殼上應用疏水、疏油材料，既減少水對船體的阻力，提高了航行速度，而且能達到防腐、防污的效果。正是因為有如此的需求，自

2、清潔材料的應用研究才愈來愈受到人們的關注。
　　目前制備疏水、疏油薄膜的基本原理是在較低表面能材料上制造適宜的表面粗糙度，兩者相互協(xié)調(diào)，得到疏水、疏油薄膜。其主要制備方法包括模板法和軟蝕刻法等物理方法，還包括相分離法和化學氣相沉積法等化學方法。物理方法等工藝制備疏水、疏油薄膜不但對基體材料要求較高，必須為低表面能材料，并且這些制備方法均存在一定的局限性?；瘜W工藝處理的薄膜，采用的化學溶液聚合物中大多含有醇類等易燃易爆成分，排出廢棄

3、溶液還會造成水和空氣的污染。磁控濺射真空鍍膜工藝制備的疏油、疏水薄膜，對基體材料要求較低，絕大部分金屬材料或有機材料都可以作為基體材料，最重要的是磁控濺射技術沒有廢氣、廢渣、廢水的排出，綠色環(huán)保。但目前應用磁控濺射工藝制備疏油、疏水薄膜的案例還較少，且研究其影響因素的更少。主要是因為采用磁控濺射技術制備的疏油、疏水薄膜與其他方法相比存在性能較差的問題。就此，怎樣運用磁控濺射真空鍍膜技術，制備出具有疏油、疏水性能的薄膜，研究出其主要影響性

4、能的因素成為了亟待研究的問題。
　　本研究以在1Cr18Ni9鏡面不銹鋼基體上沉積TiN疏油、疏水薄膜為研究對象，以中頻非平衡反應交流磁控濺射技術為研究方法，研究薄膜表面粗糙度及薄膜顆粒大小對TiN薄膜疏油、疏水性能的影響，得到制備疏油、疏水功能薄膜的最優(yōu)工藝及參數(shù)。
　　通過研究濺射時間、氮氣流量、濺射靶功率和濺射偏壓等工藝參數(shù)對薄膜自清潔性能的影響，選擇并調(diào)整各個參數(shù)進行正交實驗，再通過平行對比實驗得出最優(yōu)的參數(shù)。通過對

5、正交實驗和平行實驗結(jié)果進行分析表明，TiN薄膜在鏡面不銹鋼表面濺射會出現(xiàn)固、液接觸角小，疏油、疏水性能差的現(xiàn)象，然而加入主轟擊工藝后，在基體表面制備的化合物薄膜，固、液接觸角會增大。最終確定長時間主轟擊與短時間沉積，在鏡面不銹鋼表面沉積得到了疏水薄膜，并研究了薄膜疏水、疏油性能與薄膜顆粒大小之間的關系。具體工藝為，首先采用高壓離子鍍技術在鏡面不銹鋼板表面沉積一層純Ti過渡膜層，不但確保了膜基結(jié)合力，而且粗化了基體表面，增大了與空氣的接觸

6、面積;然后再采用磁控濺射鍍膜技術在純Ti過渡層上沉積TiN薄膜。這樣解決了直接沉積TiN薄膜所得到的固、液接觸角小、疏油疏水性能差等技術難題。
　　文章還研究了TiN薄膜疏油、疏水性能與其基體表面微觀結(jié)構的關系，得出了當薄膜表面微結(jié)構呈乳突狀、薄膜粒子直徑在80～100nm之間時，制備的TiN薄膜的疏水性能最好，薄膜的疏油性能隨著顆粒的增大而增大。
　　綜上所述，本文通過探討在鏡面不銹鋼板表面制備TiN疏油、疏水薄膜的工藝，

7、研究了濺射時間、濺射功率、氮氣流量及主轟擊時間等工藝參數(shù)對薄膜疏油、疏水性能的影響。制定出了采用磁控濺射技術制備具有疏水功能的TiN薄膜的工藝。研究了薄膜表面粗糙度、薄膜微觀結(jié)構及TiN顆粒大小對薄膜疏油、疏水性能的影響。結(jié)果表明，在一定時間內(nèi)，主轟擊時間的延長，粗化了基體表面，改變薄膜的表面粗糙度，進而改變薄膜的微觀結(jié)構;TiN薄膜的疏油、疏水性能隨著薄膜顆粒的增大呈現(xiàn)增大趨勢。當顆粒大小在80～100 nm之間，所制備的TiN薄膜疏