哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘要 ................................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 磁控溅射技术 (1)
1.2.1 磁控溅射原理 (2)
1.2.2 高功率磁控溅射技术 (3)
1.3 双脉冲磁控溅射技术的提出 (14)
1.4 本文主要研究内容 (15)
第2章试验材料材料及方法 (16)
2.1 试验材料制备及试验设备 (16)
2.1.1 实验材料 (16)
2.1.2 试样制备 (16)
2.1.3实验设备 (16)
2.2 试验方法 (17)
2.2.1 双脉冲高功率放电特性及光谱试验 (17)
2.2.2 CrN薄膜的制备 (20)
2.2.3 分析测试方法 (21)
第3章双脉冲高功率放电特性的研究 (22)
3.1 双脉冲高功率与单脉冲高功率放电特性的对比 (22)
3.2 引燃脉冲电压对双脉冲高功率放电特性的影响 (24)
3.3 引燃脉冲脉宽对双脉冲高功率放电特性的影响 (27)
3.4 工作脉冲电压对双脉冲高功率放电特性的影响 (30)
3.5 工作脉冲脉宽对双脉冲高功率放电特性的影响 (33)
3.6 气压对双脉冲高功率放电特性的影响 (36)
3.7 本章小结 (39)
第4章双脉冲高功率光谱特性的研究 (41)
4.1 双脉冲高功率与传统高功率光谱特性的对比 (41)
4.2 引燃脉冲电压对双脉冲高功率光谱特性的影响 (44)
4.3 引燃脉冲脉宽对双脉冲高功率光谱特性的影响 (45)
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
4.4 工作脉冲电压对双脉冲高功率光谱强度的影响 (46)
4.5 工作脉冲脉宽对双脉冲高功率光谱特性的影响 (48)
4.6 气压对双脉冲高功率光谱特性的影响 (49)
4.7 本章小结 (50)
第5章双脉冲高功率制备的CrN薄膜结构性能研究 (52)
5.1 工艺参数对CrN薄膜表面与截面的影响 (52)
5.1.1 传统高功率制备的CrN薄膜表面与截面形貌 (52)
5.1.2 引燃脉冲电压对CrN薄膜表面与截面的影响 (52)
5.1.3 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜表面与截面的影响 (55)
5.2 工艺参数对CrN薄膜结构的影响 (57)
5.2.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜结构的影响 (57)
5.2.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜结构的影响 (57)
5.3 工艺参数下CrN薄膜压痕形貌的影响 (58)
5.3.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜压痕形貌的影响 (58)
5.3.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜压痕形貌的影响 (59)
5.4 工艺参数对CrN薄膜硬度的影响 (60)
5.4.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜硬度的影响 (60)
5.4.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜硬度的影响 (61)
5.5 工艺参数对CrN薄膜摩擦磨损性能的影响 (62)
5.5.1 引燃脉冲电压对CrN薄膜摩擦磨损性能的影响 (62)
5.5.2 引燃脉冲脉宽对CrN薄膜摩擦磨损性能的影响 (64)
5.6 本章小结 (66)
结论 (68)
参考文献 (69)
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (76)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (77)
致谢 (78)
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第1章绪论
1.1 课题背景
机械加工是产品生产过程中的重要环节，而切削加工过程中所使用的刀具将金属材料加工成为零件所要求的形状及尺寸。要达到加工要求，刀具必须能够切削工件材料，使产品达到所需求的几何形状以及表面状态。这些机械加工材料通常很难切割，而且还会受到加工条件以及切削压力的限制。因此，加工刀具的花费往往占据了整个机械加工过程的2%~5%。但是工具真正的价值在于通过提高材料去除率、减少机器闲置时间以及减少其他方面的花费来提高生产力。而刀具表面镀膜技术则通过提高刀具表面硬度、高温抗氧化性、耐磨损性以及耐腐蚀性，从而使刀具更容易切割硬度较高的金属，同时还可延长刀具使用寿命，提高机械加工制造过程的效率[1]。
化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）和物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）是两种比较常见的薄膜制备方法[2]。化学气相沉积方法需要比较高的反应温度，通常需要1000℃的高温，还会使基体在高温下发生组织成分的变化，因此它在工业生产中受到限制[3, 4]。物理气相沉积方法则具有基体温度低、应用基体材料范围广以及膜层容易控制等优点，它被广泛应用于在各种工业领域中。其中最具代表性的是磁控溅射技术和多弧离子镀技术。多弧离子镀技术具有金属离化率高，膜层容易控制等优点，但是它的显著缺点是膜层表面有大颗粒，大颗粒极大的影响了膜层表面质量[5,6]。磁控溅射技术相对于多弧离子镀而言，表面均匀无大颗粒，但是在膜层致密性以及膜基结合力方面有所欠缺[7,8]。
高功率磁控溅射技术是一种新型的高离化率磁控溅射技术[9-11]。它与传统磁控溅射相比极大提高了金属离化率，从而使膜层致密[12]、膜基结合力好[13]以及薄膜表面均匀[14]等优点。因此，该方法问世以来引起大家极大的关注。但是该方法有一个显著的缺点，即沉积速率低[15]。这极大的阻碍了它在工业领域的推广[16]。1.2 磁控溅射技术
Grove于1842年在实验室中发现了阴极溅射现象之后，磁控溅射发展一直很缓慢。直到十九世纪七十年代早期，才有了第一篇关于磁控溅射技术的介绍[17]。