纳米氮化锆涂层腐蚀因素研究

论文摘要

ZrN比TiN具有更好的耐磨性、抗腐蚀性,更优的力学性质,良好的化学和热学性能以及漂亮的金黄色和较高的硬度和熔点,已经在表面防腐、表面装饰以及各种工模具的表面强化及提高材料性能等方面得到了广泛的应用。但关于涂层制备参量的防腐蚀因素研究相对较少,此问题的解决无疑是推进这一涂层向应用领域推广的重要因素。本文利用极化曲线和腐蚀电位测量技术,研究了工作气压、氮气流量、基体偏压和沉积温度对涂层防腐性能的影响,并根据装饰镀层的要求,用正交实验法找出了防腐性能最佳的制备参数。研究得到:涂层的防腐性能因制备参量对涂层缺陷、孔隙密度和膜基附着力产生作用而受到影响,单参量因素实验发现它们的值分别为0.3 Pa、5 sccm、-100 V和300℃时,涂层防腐性能最好;正交实验中发现,制备参数分别为0.2 Pa、12 sccm、-100 V和300℃时,涂层防腐性能最佳。基于装饰镀层考虑,用单参量因素实验研究了制备参量对涂层的沉积速率和颜色的影响,发现制备参量对沉积离子的浓度、种类及晶体生长有影响,当它们的参数分别为0.3 Pa、5 sccm、-100 V和400℃时,涂层沉积速率最高;氮气流量对涂层颜色影响很大,在5 sccm～20 sccm范围内,涂层颜色分别为淡黄色、铜黄色、金黄色、橘黄色和棕红色,12 sccm时,涂层呈金黄色。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 Zr-N涂层发展及研究现状
• 1.2 选题意义
• 1.3 研究目的与内容
• 第二章 概述
• 2.1 电化学基础
• 2.1.1 极化
• 2.1.2 极化原因
• 2.1.3 极化曲线
• 2.1.4 电化学腐蚀过程
• 2.1.5 电化学性能分析
• 2.2 腐蚀研究的电化学方法
• 2.2.1 电化学测量原理
• 2.2.2 电化学计算方法
• 2.3 Zr-N涂层系列的研究及应用
• 2.3.1 Zr-N多涂层系列的研究现状
• 2.3.2 Zr-N多元复合涂层研究现状
• 2.3.3 Zr-N系列涂层的应用
• 2.3.4 展望
• 第三章 仪器及原理
• 3.1 溅射
• 3.1.1 溅射镀膜原理
• 3.1.2 溅射过程
• 3.2 磁控溅射
• 3.2.1 磁控溅射沉积镀膜机理
• 3.2.2 磁控溅射的特点
• 3.2.3 磁控溅射技术进展
• 第四章 实验工艺及实验方案
• 4.1 研究方案
• 4.2 研究所涉及和拟解决的关键问题
• 4.3 Zr-N涂层的制备流程
• 4.3.1 镀前处理
• 4.3.2 镀膜工艺流程
• 4.3.3 涂层样品制备参数
• 4.4 样品检测
• 4.4.1 厚度测量
• 4.4.2 电化学测量
• 第五章 制备参量的防腐性能研究
• 5.1 工作气压的防腐性能研究
• 5.1.1 极化曲线测量
• 5.1.2 腐蚀电位测量
• 5.1.3 结果分析
• 5.2 氮气流量的防腐性能研究
• 5.2.1 极化曲线测量
• 5.2.2 腐蚀电位测量
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 基体偏压的防腐性能研究
• 5.3.1 极化曲线测量
• 5.3.2 腐蚀电位测量
• 5.3.3 结果分析
• 5.4 沉积温度的防腐性能影响
• 5.4.1 极化曲线测量
• 5.4.2 腐蚀电位测量
• 5.4.3 结果分析
• 5.5 制备参数的优化
• 5.5.1 极化曲线测量
• 5.5.2 腐蚀电位测量
• 5.5.3 结果分析
• 第六章 颜色及沉积速率的制备参量研究
• 6.1 沉积速率的制备参数研究
• 6.1.1 工作气压的影响
• 6.1.2 氮气流量的影响
• 6.1.3 基体偏压的影响
• 6.1.4 沉积温度的影响
• 6.2 涂层颜色的制备参数研究
• 6.2.1 溅射气压的影响
• 6.2.2 氮气流量的影响
• 6.2.3 基体偏压的影响
• 6.2.4 沉积温度的影响
• 参考文献
• 致谢