第十四届全国表面工程大会

312 / 2022-09-29 14:48:46

镁基体粗糙度对Ti/TiN薄膜应力及薄膜/基体结合稳定性的影响

基体粗糙度，残余应力，结合稳定性，磁控溅射

摘 要

镁及其合金因其高比强度、阻尼及良好的切削加工性和生物相容性而广泛应用于汽车、航空航天、电子、军工和生物医学应用。然而，由于镁及其合金的化学性质活泼，因此在大气中极易被腐蚀，除此之外在服役过程中也易被磨损，这极大限制了镁及其合金的应用。采用物理气相沉积的氮化物硬质涂层(例如氮化钛)，能够改善镁及其合金的摩擦学性能和耐腐蚀性。镁及其合金的表面粗糙度由其切削加工工艺决定，镁及其合金表面粗糙度和薄膜在沉积生长过程中产生的残余应力是影响薄膜与基体结合稳定性的重要因素。

本文利用磁控溅射在不同粗糙度(Ra 200 nm, Ra 400 nm, Ra 600 nm)的工业纯镁基体上沉积了Ti/TiN薄膜，探究了不同基体粗糙度对薄膜残余应力的影响，并分析了在自然时效60天内基体粗糙度及薄膜残余应力对膜/基结合稳定性的影响。主要研究结果如下：

1、薄膜的残余压应力随基体粗糙度的增加而减小并随自然时效出现应力释放的现象；

2、在适当的薄膜压应力及粗糙度形貌引起的应力集中协同作用下，Ra 400 nm样品的膜/基结合状态最好，具有最佳的耐磨性能，但三种样品膜/基结合稳定性均随自然时效变差;

3、Ra 200 nm样品因其粗糙度最小，供腐蚀介质通过的界面处腐蚀通路较少而具有最优的耐蚀性能。