不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能

材料工程, 2015, 43(11): 50-56. doi: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.009

不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能

王海斗 ^1, , 董美伶 ^2, , 崔秀芳 ^3, , 邢志国 ^4, , 朱丽娜 ^5, , 刘金娜 ^6,

1.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京,100072

2.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京100072;哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,哈尔滨150001

3.哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,哈尔滨,150001

4.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京,100072

5.中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083

6.装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京100072;哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院,哈尔滨150001

基金项目: 国家自然科学基金(51275105) 北京市自然科学基金重大项目(3120001) 国家杰出青年科学基金(51125023)

关键词：薄膜 , 纳米压痕 , 分形维数 , 力学性能

Mechanical Properties of Nano Ti Films with Different Thickness

Keywords： film , nanoindentation , fractal dimension , mechanical property

通过直流磁控溅射方法制备出四个不同厚度的纳米Ti薄膜,并分别采用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪研究了Ti薄膜的力学性能和残余应力大小,结合分形维数方法和原子力显微镜对薄膜表面粗糙度和表面形貌进行了分析.实验结果表明:随Ti薄膜厚度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,表面粗糙度和残余应力值随厚度的增加先增大后减小,而Ti薄膜弹性模量和硬度随薄膜厚度增加呈现出先减小随后增大的趋势.当薄膜厚度为600,2400,3600nm时薄膜中存在残余压应力,厚度为1200nm时存在残余拉应力,薄膜中残余应力分布最为均匀,但此时薄膜具有较低的硬度和弹性模量值.分析得出Ti薄膜中存在残余拉应力会使薄膜硬度和弹性模量值变小,残余压应力反之.

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