碳纤维增强铝基复合材料表面TiN离子镀膜工艺研究

摘要

本文采用多弧离子镀技术在碳纤维增强铝基复合材料表面制备 TiN膜，通过对影响镀膜过程的重要因素:负偏压、氮气流量、弧电流、沉积时间等的研究，得出其对镀膜厚度和性能影响的规律，实验证明，靶电流55A、负偏压200V、氮气流量350ml/min、沉积时间60min时TiN薄膜具有最佳的综合性能。
　　X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射技术(XRD)研究合金膜的相结构。扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析试样的微观形貌；纳米力学探针测量了TiN膜的硬度、弹性模量；划痕法表征了TiN膜的膜基结合强度；恒电位仪研究了TiN膜在3.5％NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。
　　研究结果表明：阴极电弧离子镀工艺参数对TiN膜的表面形貌和粗糙度有明显影响；随着负偏压的增加，TiN膜的表面粗糙度降低。随着沉积时间的增加，粗糙度增大。负偏压和沉积时间对TiN膜的纳米压痕硬度和弹性模量也有明显影响。表面镀 TiN后碳纤维增强铝基复合材料耐蚀性显著提高，腐蚀电流下降，腐蚀电位升高。TiN膜的腐蚀存在两种主要形式：当负偏压较低，沉积时间较短时，TiN膜较薄且疏松、存在针孔等微观缺陷，腐蚀形式主要为点蚀；当负偏压较高，沉积时间较长时，TiN膜较厚，腐蚀形式主要为均匀腐蚀。

目录

碳纤维增强铝基复合材料表面TiN离子镀膜工艺研究

STUDY OF TiN FILM DEPOSITED BY ARC ION PLATING ON THE SURFACE OF ALUMINUM MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH CARBON FIBERS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 碳纤维增强铝基复合材料的研究现状

1.2.1 碳纤维增强铝基复合材料的C/Al界面研究

1.2.2 纤维增强铝基复合材料的表面防护

1.3 阴极电弧离子镀膜研究状况

1.3.1 离子镀的基本原理

1.3.2 影响离子镀膜的因素

1.3.3 各种镀膜性能的研究

1.3.4 离子镀膜的防护能力

1.4 本文的研究目的和研究内容

第2章 材料和试验方法

2.1 试验材料及靶材的选取

2.2 阴极电弧离子镀

2.3 TiN膜表面特征与组织结构分析

2.3.1 X射线光电子谱

2.3.2 扫描电子显微镜

2.3.3 原子力显微镜

2.3.4 X射线衍射谱

2.4 TiN膜力学性能及结合力测试

2.4.1 纳米压痕硬度计

2.4.2 划痕法测结合力

2.5 TiN膜腐蚀性能测试

第3章 TiN膜的表面特征与微观结构

3.1 引言

3.2 碳纤维增强铝基复合材料微观结构特征

3.3 TiN膜的表面形貌与粗糙度

3.3.1 TiN膜截面形貌

3.3.2 TiN膜微观形貌

3.3.3 负偏压对表面形貌和粗糙度的影响

3.3.4 沉积时间对表面形貌与粗糙度的影响

3.4 TiN膜表面成分及化学价态

3.4.1 TiN膜表面的EPMA分析

3.4.2 TiN膜表面的XPS分析

3.5 TiN膜的相组成

3.6 离子镀工艺参数对TiN膜表面特性的影响

3.7 本章小结

第4章 TiN膜的力学性能

4.1 TiN膜的纳米压痕硬度和弹性模量

4.1.1 负偏压对纳米压痕硬度和弹性模量的影响

4.1.2 沉积时间对纳米压痕硬度和弹性模量的影响

4.2 TiN膜与复合材料基体之间的结合力

4.3 本章小结

第5章 TiN膜的腐蚀行为及机理

5.1 引言

5.2 TiN膜的电化学行为

5.3 TiN膜腐蚀后的表面形貌

5.4 TiN膜的腐蚀机理

5.5 本章小结

结论

参考文献

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致谢