基于納米壓痕技術(shù)的薄膜殘余應(yīng)力研究.pdf

1、表面薄膜具有較好的耐磨、耐蝕和機(jī)械性能等諸多特點(diǎn)已在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而由于薄膜與基體之間材料性能的差異和薄膜制備技術(shù)自身特點(diǎn)等，導(dǎo)致了薄膜中殘余應(yīng)力的存在。而薄膜中的殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)薄膜的結(jié)合強(qiáng)度、耐磨耐蝕、抗疲勞等性能等產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的會(huì)引起薄膜表面開裂甚至剝落，因此研究薄膜表面殘余應(yīng)力大小以及其分布規(guī)律，可更好的了解殘余應(yīng)力的起因。
　　Ti薄膜及其多層薄膜是具有高強(qiáng)度和優(yōu)良耐腐性能的材料，在軍事和航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮著無(wú)可取

2、代的作用。本課題計(jì)劃分別以Ti膜、TiN薄膜以及Ti/TiN多層膜為研究對(duì)象，采用磁控濺射技術(shù)制備了Ti薄膜，反應(yīng)磁控濺射技術(shù)制備了TiN薄膜和Ti/TiN多層薄膜，并探索研究了制備工藝對(duì)薄膜性能的影響；分別使用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、電子薄膜應(yīng)力測(cè)試儀和納米壓痕儀對(duì)薄膜的表面形貌、相組成、殘余應(yīng)力大小和納米力學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè)；重點(diǎn)使用納米壓痕儀并結(jié)合電子薄膜應(yīng)力測(cè)試儀對(duì)三種薄膜的殘余應(yīng)力進(jìn)行了研究；此外，使用Ab

3、aquse有限元分析軟件對(duì)納米壓痕的過(guò)程進(jìn)行了模擬，并結(jié)合模擬結(jié)果對(duì)壓痕過(guò)程中薄膜表面殘余應(yīng)力的變化情況進(jìn)行了分析。
　　通過(guò)分析工藝參數(shù)對(duì)薄膜性能產(chǎn)生的影響，確定出磁控濺射法制備Ti、TiN薄膜的最佳工藝參數(shù)，結(jié)合Ti薄膜殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果，得知Suresh模型計(jì)算結(jié)果與曲率法更為接近。因此論文中選取Suresh模型計(jì)算所制備的三種薄膜的殘余應(yīng)力。結(jié)合壓痕數(shù)據(jù)和曲率法分析對(duì) TiN薄膜進(jìn)行固定不同壓入深度的納米壓痕試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄膜厚