脉冲高能量密度等离子体表面改性AlN膜的形成和结构VIP免费

第38卷第6期2002年6月652~656页仓扁学歧ACTAMETALLURGICASINICAV0l38NO．6Jun2,002PP65~656脉冲高能量密度等离子体表面改性A1N膜的形成和结构吴杏芳韦鲲(北京科技大学材料物理系单小鸥杨思泽北京100083)(中国科学院物理研究所，北京100080)摘要利用肺冲高能量密度等离子体(PHEDP)表面改性技术．在45号锕、锈锕等试样上获得AIN膜．采用XRD，XPS和TEM等方法研究了改性膜的组织结构研究表明．改性膜是由10【l『II尺寸的AIN相组成，AIN相结构随基体的结构而异，在具有面心立方结构的基体上．形成具有面心立方结构的cAlN相．而在体心立方的基体七形成六方hAlN相从热力学角度讨论PHEDP表面改性中AIN形成的特性．关键词脉冲高能量密度等离子体立方AIN，六方AIN，显徽组织中圈法分类号TG17文献标识码A文章编号0412—1961(2002)06065205F0RMAT10NANDMICR0STRUCTURE0FAlNFILMPR0DUCEDINPULSEDHIGHENERGYDENSITYPLASMASURFACEM0DIFICAI10NwUXing]ang．wEIKunSHANX|aoouDepa~mentofMaterialsPhysicsUniversityofScienceandTechnology13eijingBe~ieg100083¨ⅣGSizeInstitutepfP}IysiesTheChineseAcademyofSciences，Bering100080Correspondent：WUXingfang,professor,l(OlO)6esse51Fax：(010)62327283．E-mail：zu@mater．ustbedu．cnSupportebyNationalNaturalScienceFoundationo／ChinafNo59871060}Manuscriptreceived20024409ABSTRAcTPlusedhh~energb'一densityplasmafPHEDP)hasbeenusedfortheSllrfacemod-ification．Aluminumnitride(A1N1filmwasforrnedon45steel，7~tainlesssteeleta1．StmcturalcharacteristicsoftheformedAlNwerestudiedbvXRD．XPSandTEM．TheformedfilmsoreCON—posedofnanocrystalline-structuredaluminumnitridephasewhosecrystalsizeiSabout10nmTwotypesofAlNohasestructurewerefoundinthefilmondiferentsubstratesAlNformedonausteniticstainlesssteelaxldcopperhasrocksoltstructure(cAlN1AlformedOil45carbonsteelhaswurttestructurefh_A1ThecharacteristicsofAlNformationinPHEDPsurfacemodificationwereoJlalyzed．KEYWoRDSpulsedhighenergydensityplasmacA．h_AkX．microstructure脉冲高能量密度等离子体(PHEDP)表面改性技术是近十几年来发展的新的等离子体表面技术，它集高速淬火(自淬火速率可达1010K／s)、溅射制膜和粒子注入于同一过程利用该方法已在各种不同基体上获得BN[，TiN[2：3】，TiCN[4】，A1Ni[以及类金刚石[。】等膜其表面硬度或抗腐蚀性能可提高数倍甚至数十倍，膜与基体的结合强度由于其过渡区的存在而明显优于其它镀膜技术所国家自然科学基金59871060资助项目收到初稿日期：2002—04—o9联系人：吴杳芳女，1940年生，教授获得的性能然而对PHEDP改性膜的形成以及改性膜结构独特性的研究尚未深八开展．本文利用PHEDP技术，分别在45号钢，不锈钢以及纯铜等试样上制备A1N膜，研究其组织结构、取向关系并从热力学角度讨论PHEDP表面改性中A1N形成的特性1实验方法45号钢，1Crl8Ni9Ti以及纯铜等材料切割成直径为30film，厚为10mrll圆盘，经研磨，抛光及超声清洗后．置人如图1所示的以Al为内、外极的同轴等离子体抢中．抢中通以氮气，由电容器对内外电极充放电，使气体电离，同时电极表面的部分离子被蒸发或溅射，形成维普资讯http://www.cqvip.com6期吴杏芳等：脉冲高能量密度等离子体表面改性AIN膜的形成和结构653图1PHEDP枪的示意图Fig．1SchematicdiagramofthePHEDPgun1_Eledtromagenticvalw2Charginganddischargingcircuit3．CoaxiMplasmagun4．Vacuumchamber5．Samplehomer60uterelectrode7Innerelectrode由Al、N离子、中性粒子和电子组成的高能量密度等离于体其工作参数如下：枪室真空度10～Pa，脉冲气压J0Pa放电电压15kV，咏冲次数为50．经PHEDP表面改性试样在DMAxRB衍射仪上进行结构分析CuKa为衍射源，管压40kV改性膜中元素价态的分析是由PHI595谱仪完成改性膜的微结构及其形貌的更深入的了解是通过透射电镜(JEOLIOOCX及JEOL2000FX)对横截面电镜试样的观察而获得2实验结果图2为45号钢表面改性后的x射线衍射谱(XRDj．其衍射峰的标定如表1所示...