磁控濺射Ta-Mo高溫涂層制備工藝和性能的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)特別是航空、航天工業(yè)的快速發(fā)展,Ta和Mo系列涂層在耐高溫性能及力學(xué)性能的優(yōu)勢越來越引起人們的關(guān)注。以往較少地對Ta-Mo涂層生長過程進(jìn)行研究和探索,更缺乏在Ta-Mo涂層微觀結(jié)構(gòu)和各種性能之間的聯(lián)系上進(jìn)行深刻地了解和探究。本論文研究了Ta-Mo涂層濺射沉積的微觀過程分析、涂層生長過程及理論的探索、涂層微觀結(jié)構(gòu)和成分與性能之間的規(guī)律性聯(lián)系等方面內(nèi)容,增強Ta-Mo涂層性能應(yīng)用研究的科學(xué)理論基礎(chǔ),以期為高性能Ta-Mo涂層的制

2、備提供依據(jù)。
　　本課題采用磁控共濺射法制備Ta-Mo涂層,并分別在沉積時間、濺射氣壓、基底溫度、第三組元和濺射功率上進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,研究各種參數(shù)條件下Ta-Mo涂層微觀結(jié)構(gòu)、形貌、成分、生長取向的規(guī)律性變化;同時研究了各種參數(shù)條件下Ta-Mo涂層沉積速率、顯微硬度、致密性及膜基結(jié)合性能等內(nèi)容,分析并總結(jié)了Ta-Mo涂層微觀結(jié)構(gòu)和各種性能之間的聯(lián)系。
　　不同濺射時間下涂層的形核和生長依次經(jīng)歷了小島形核階段、小島結(jié)合階段、連續(xù)

3、涂層階段和晶粒長大階段等四個階段,涂層的顆粒平均粗糙度隨著基底加熱溫度的升高呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化關(guān)系。濺射氣壓從低氣壓(0.2Pa)增加到高氣壓(1Pa、和5Pa), Ta-Mo涂層的形核模型從多原子形核合并模型發(fā)展到多原子形核擴散模型,生長模式從島嶼模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷訊u模型。
　　Ta-Mo涂層晶相的結(jié)晶度最佳的基底材料為單晶Si基底,其次為Al、Cu基底,最后為Steel基底。TEM高分辨電子衍射圖像表明Cu基底涂層的晶體結(jié)構(gòu)為多晶結(jié)構(gòu)

4、;XRD分析表明基底加熱促進(jìn)了Ta-Mo-Al涂層組織結(jié)構(gòu)的非晶向晶體的轉(zhuǎn)變,也加速了Ta-Mo系列涂層晶粒粒徑的增大。隨著濺射功率的增大,Ta-Mo涂層的顆粒平均直徑和表面粗糙度大小也呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。
　　Ta-Mo涂層性能研究表明,Si基材料在Ta-Mo涂層四個基底材料中為最佳耐蝕性能和力學(xué)性能的制備工藝;在室溫濺射情況下,N和 Al元素的加入均沒有提高Ta-Mo系列涂層的力學(xué)性能和耐蝕性能,而在基底加熱制備條件下N