納米銅薄膜制備及其激光沖擊改性基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文從激光沖擊強(qiáng)化提高金屬表層綜合機(jī)械性能的原理出發(fā)，對納米Cu薄膜進(jìn)行了激光沖擊強(qiáng)化的試驗(yàn)研究，并對激光沖擊處理后的Cu薄膜的力學(xué)及電學(xué)性能進(jìn)行了測試分析，主要取得了如下研究成果：
　　 采用純Cu靶材，用直流磁控濺射的方法，通過調(diào)節(jié)濺射功率、濺射氣壓、基片溫度等工藝參數(shù)，分別在GCr15基片和玻璃基片上制備了Cu薄膜，借助高分辨率掃描電鏡、X射線衍射儀，分析了薄膜的表面形貌、組織結(jié)構(gòu)等情況。通過納米壓痕儀和四探針測試儀測試分

2、析，研究了薄膜的力學(xué)和電學(xué)性能的影響因素，探索出了制備Cu薄膜試樣的最佳工藝參數(shù)。
　　 在襯底不加熱，其他條件不變的情況下，隨著濺射功率的增大，薄膜的晶粒尺寸逐漸增大，濺射速率先增大后減小，薄膜的織構(gòu)先減弱后增強(qiáng)，薄膜的電阻率先減小后增大，本實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)折點(diǎn)均出現(xiàn)在功率為200W時(shí)。在設(shè)備所達(dá)到的最低濺射功率24W條件下，制得的薄膜為非晶態(tài)。襯底加熱后，制得的薄膜質(zhì)量明顯改善。在加熱溫度為150℃和200℃時(shí)，薄膜表面光滑，組織均

3、勻、致密，且電阻率比相同條件下襯底不加熱時(shí)的要低一個(gè)數(shù)量級。采用襯底加熱至150℃，濺射功率40W的濺射參數(shù)，改變?yōu)R射氣壓來制備試樣，發(fā)現(xiàn)濺射氣壓在0.5Pa時(shí)，薄膜的表面質(zhì)量較好。采用GCr15鋼片做襯底時(shí)制備Cu薄膜，襯底沒有加熱，薄膜內(nèi)應(yīng)力大，薄膜質(zhì)量不理想，相同條件下，在此襯底上濺射的Cu薄膜的晶粒尺寸要小于玻璃襯底上的。
　　 選用了兩臺(tái)激光沖擊處理裝置對玻璃基片上Cu薄膜進(jìn)行了沖擊強(qiáng)化處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)中制備的薄

4、膜試樣用納秒微沖擊激光器來進(jìn)行激光沖擊處理比較合適。設(shè)置了脈寬5ns、光斑直徑2mm、能量約80mJ等激光沖擊處理參數(shù)，并且每個(gè)試樣的同一個(gè)位置在經(jīng)過激光沖擊10次以后，通過掃描電鏡可以看到薄膜的表面發(fā)生了塑性變形，其中襯底溫度為300℃和450℃時(shí)制的試樣變形最為明顯。薄膜試樣經(jīng)過激光沖擊后，組織結(jié)構(gòu)變得更致密，粗糙度降低了。納米壓痕儀的測試結(jié)果顯示薄膜的力學(xué)性能都發(fā)生了變化，其中硬度和彈性模量提高最多分別達(dá)到了104.32％和156