TiCN、TiN/TiCN薄膜的微观结构及耐蚀性能研究

摘要

利用复合离子镀技术在304不锈钢表面制备了不同沉积气压下的TiCN薄膜和不同调制周期的TiN/TiCN多层膜。研究了沉积气压及调制周期对薄膜表面形貌、表面成分、相结构，表面粗糙度、硬度、摩擦系数及在3.5％NaCl、1mol/L H2SO4、0.5mol/L NaOH溶液中的电化学腐蚀性能的影响。研究结果表明，随着沉积气压的增大，TiCN薄膜表面大颗粒污染情况减轻，膜层成分越来越均匀，膜层显微硬度逐渐增大，摩擦系数及磨损量逐渐减小。沉积气压为0.6Pa下制备的TiCN薄膜表面质量最好，(Ti，C)/N约为1∶1，硬度为2495.5HV，摩擦系数为0.386，磨损量为0.4mg。TiN/TiCN多层膜有利于改善薄膜表面质量，摩擦系数及磨损量均比TiCN单层膜低。调制周期T=2的多层膜表面质量最好，T=4的多层膜出现了超硬现象，硬度值为2921.3HV，摩擦系数为0.296，磨损量仅为0.1mg。TiCN、TiN/TiCN薄膜均由TiCN、Ti2N、Ti相组成，表现出(111)晶面择优生长。
　　在3.5％NaCl溶液中，随着沉积气压的增大，TiCN薄膜的耐蚀性增强，0.6Pa下制备的TiCN薄膜自腐蚀电位最高为23.281mV，相对腐蚀速度是TiN薄膜的0.33倍;不同调制周期的TiN/TiCN多层膜均有利于提高膜层的耐蚀性，自腐蚀电流密度数量级为10-7均比TiCN单层膜的低了一个数量级，其中T=2时的多层膜耐蚀性最好;随浸泡时间的延长TiCN单层膜表面“粗化”严重，而TiN/TiCN多层膜表现为窄而深的孔洞形貌。在1mol/LH2SO4溶液中，0.6Pa时的TiCN薄膜的维钝电流密度和自腐蚀电流密度均比TiN薄膜的低了一个数量级，电荷转移电阻Rt值为70950Ω·cm2是同等条件下制备的TiN薄膜Rt值的35倍;而不同调制周期的TiN/TiCN多层膜耐酸腐蚀性均不如TiCN单层膜，极化前的Rt值均比TiCN低很多，T=2的多层膜Rt值最高为7698Ω·cm2;极化腐蚀后多层膜的自修复能力较单层膜弱;TiCN单层膜表现为形状不规则的宽而深蚀坑形貌，而TiN/TiCN多层膜表现为连续腐蚀区形貌。在0.5mol/L NaOH溶液中，随着沉积气压的增大，TiCN薄膜的电荷转移电阻Rt减小，动电位极化后0.6Pa时TiCN的Rt值为2.552×105Ω·cm2，是极化前的71倍;TiN/TiCN多层膜的自腐蚀电流密度数量级为10-7比TiCN单层膜的低了一个数量级;动电位极化后，TiN/TiCN多层膜的Rt值均小于TiCN单层膜的Rt值，多层膜的耐碱腐蚀性高于单层膜;TiCN单层膜表现为尺寸较小分布均匀的腐蚀浅坑形貌，而TiN/TiCN多层膜腐蚀孔分布不均匀，呈现规则的敞口状形貌。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 PVD制备薄膜技术

1．2．1 真空蒸镀法

1．2．2 溅射镀膜

1．2．3 离子镀膜

1．2．4 复合离子镀技术

1．3 TiN系列薄膜的研究现状及应用

1．3．1 TiN薄膜

1．3．2 TiN薄膜的合金化

1．3．3 TiN系列多层膜

1．3．4 TiN系梯度膜

1．4 电化学技术在材料腐蚀中的应用

1．4．1 极化曲线法

1．4．2 交流阻抗谱法

1．4．3 电化学噪声法

1．4．4 Kelvin探针技术

1．5 本课题研究内容

1．6 研究实验流程图

2 TiCN、TiN／TiCN薄膜的制备与表征

2．1 薄膜的制备

2．1．1 实验材料

2．1．2 镀膜设备及原理

2．1．3 薄膜的制备工艺

2．2 微观结构表征

2．2．1 微观形貌

2．2．2 相结构

2．2．3 薄膜成分

2．2．4 表面粗糙度

2．3 性能研究

2．3．1 硬度

2．3．2 摩擦磨损性能

2．3．3 耐蚀性能

3 TiCN薄膜的微观结构及性能研究

3．1 微观结构分析

3．1．1 表面形貌及粗糙度

3．1．2 相结构

3．1．3 表面成分

3．2 显微硬度及摩擦磨损性能

3．2．1 显微硬度

3．2．2 摩擦系数及磨损量

3．3 在3．5％NaCl溶液中的耐蚀性

3．3．1 塔菲尔极化曲线

3．3．2 腐蚀形貌

3．4 在1mol／L H2SO4溶液中的耐蚀性

3．4．1 动电位极化曲线

3．4．2 动电位极化前后的EIS

3．4．3 腐蚀形貌

3．5 在0．5mol／L NaOH溶液中的耐蚀性

3．5．1 动电位极化曲线

3．5．2 动电位极化前后的EIS

3．5．3 腐蚀形貌

3．6 本章小节

4 TiN／TiCN多层膜的微观结构及性能研究

4．1 微观结构分析

4．1．1 表面形貌及粗糙度

4．1．2 相结构

4．2 显微硬度及摩擦磨损性能

4．2．1 显微硬度

4．2．2 摩擦磨损性能

4．3 在3．5％NaCl溶液中的耐蚀性

4．3．1 塔菲尔极化曲线

4．3．2 腐蚀形貌

4．4 在1mol／L H2SO4溶液中的耐蚀性

4．4．1 动电位极化曲线

4．4．2 动电位极化前后的EIS

4．4．3 腐蚀形貌

4．5 在0．5mol／L NaOH溶液中的耐蚀性

4．5．1 动电位极化曲线

4．5．2 动电位极化前后的EIS

4．5．3 腐蚀形貌

4．6 本章小节

结论

参考文献

作者简介

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