多元阵列喷射电沉积制备铜/镍多层膜及其性能研究

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多层膜材料技术作为第三代表面层技术,其表现出的各种特殊的性能,是整体材料和任何单一组分薄膜所不具备的。在过去的20年中,多层膜的研究成为物理学和材料科学领域相当热门的研究课题。对于多层膜的制备,目前主要有物理方法、化学方法和电化学方法,从制备工艺来看各有其局限性。本文基于喷射电沉积所具有的局部沉积特性,由单喷射单元过渡到空间阵列多喷射单元,在国内外率先提出一种“多元阵列喷射电沉积制备多层膜”的新工艺方法,这种方法有望解决现有纳米多层膜制备方法工艺过程复杂、设备昂贵等问题。本文所做的创新性工作和主要研究内容如下:(1)以原有喷射电沉积设备为基础,自主研制多元阵列喷射电沉积系统。为实现设备在制备多层膜过程中的精确控制和自动化,开发了“切换比控制器”自动控制系统。(2)利用构建的试验系统制备了一系列铜/镍多层膜,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度仪、球盘磨损以及电化学腐蚀等分析测量手段对多层膜的横截面形貌、微观组织结构和性能进行检测与分析。发现该新方法制备的铜/镍多层膜子层厚度均匀、界面明显,纳米多层膜的显微硬度和耐磨性明显高于纯铜与纯镍,当调制波长达到中间某个最优值时耐腐蚀性能最好。(3)分析研究电流密度、喷嘴尺寸、切换比等工艺参数对制备的铜/镍多层膜的调制波长和调制比的影响。(4)利用测试结果分析研究调制波长、铜子层厚度等工艺参数对所制得的铜/镍多层膜性能的影响。
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