调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层研究的任务书.docx

调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层研究的任务书
任务书
题目：调制脉冲磁控溅射制备纳米复合钛铝硅氮涂层研究
研究背景和意义：
随着工业化的不断推进和人们对环保和节能的重视，涂层技术已经成为了现代工业领域中不可或缺的一部分。在机械加工和生产加工中，涂层被广泛地应用于降低摩擦、减少磨损和提高硬度等方面，然而，传统涂层技术存在着成本高，耗能多，不利于环保等缺点，因此对于的研究开发新型绿色涂层技术就显得尤为重要。
新型涂层技术中，在超微纳米领域，纳米复合涂层具有独特的优势，如比普通涂层具有更高的硬度和耐磨性等特点，因此，纳米复合涂层技术已经成为了研究的热点。
本研究将调制脉冲磁控溅射技术应用于制备纳米复合涂层，其中用作原料的钛铝硅氮，可作为一种新型的绿色材料进行涂层制备。制备出的纳米复合涂层将具有高硬度、低摩擦、高导电性等优势，并且具有环保节能等优势，越来越受到工业界的关注。
研究内容和目标:
1.系统的介绍调制脉冲磁控溅射技术，并应用该技术制备纳米复合钛铝硅氮涂层。目标是制备出具有高纳米颗粒密度的纳米复合涂层，保证涂层在表面可形成凸起，避免皮层开裂。
2.通过实验制定出合适的调制脉冲条件，控制溅射速率、涂层厚度和形貌，并评估其性能和氧化程度。目标是在保证涂层具有较高的厚度的同时，保证粒子间的交互作用力足够大，从而得到高度密集的纳米复合颗粒。
3.进行涂层薄膜结构和组织的分析。使用扫描电镜、X光衍射和电子探针等技术进行涂层薄膜的表面结构和组织分析，以了解涂层的组织结构性质，以及发现在制备过程中涂层表面出现的缺陷和不良。
4.对涂层的磨损和抗腐蚀性能以及摩擦系数进行测试。使用球磨、万能拉力试验仪等测试技术，对涂层的磨损性能和抗腐蚀性进行评估，并对摩擦系数进行研究，以了解涂层性能的优劣。
预期成果和实施方案：
1.制备出具有高纳米颗粒密度、高硬度和抗磨损性能的钛铝硅氮复合涂层。
2.通过对涂层成分和结构的组分分析，得出建立适合该装置的涂层制备工艺。
3.确定适合于制备粒子间作用力大的纳米复合颗粒的调制脉冲磁控溅射条件。
4.通过对涂层的磨损和抗腐蚀性能以及摩擦系数的研究，为制造商提供参考数据。
具体实施方案如下：
第一年：
1.学习调制脉冲磁控溅射技术的理论和操作；
2.选择研究合适的钛铝硅氮涂层配方和制备工艺；
3.制备及测试纳米复合涂层，并对其涂层显微结构和组成进行表征。
第二年：
1.对纳米复合涂层的粒子间作用力和硬度进行评估；
2.对涂层的耐磨损性和抗腐蚀性进行测试评估分析；
3.基于测试数据进行理论分析，探讨涂层性能的原因和机制。
第三年：
1.研究新型纳米复合涂层的制备工艺；
2.优化纳米复合涂层的特性，针对涂层厚度、性能等方面进行改进；
3.再次对其耐磨损性、抗腐蚀性和摩擦系数等进行测试，探索涂层制备和特性的优化方法。
研究环节和技术要求：
1.调制脉冲磁控溅射技术的理论和实践操作；
2.具备扫描电镜、X光衍射、电子探针、球磨、万能拉力试验仪等涂层表征和性能测试仪器的使用经验；
3.具备固体表面化学和材料科学的基本知识。
参考文献：
1.刘俊，杨卓然等，“调制脉冲磁控溅射制备高硬度、高温稳定性TiAlSiN涂层的研究进展”，中国薄膜，2018，25（4）：跨页码
2.Y.Sun,etal.“HardnessandToughnessofaSuperhardTiAlSiNCoatingDepositedbyPulsedMagnetronSputtering”,JournalofMaterialsScienceandTechnology,2019,35:1260-1271.
3.C.X.Li,etal.“PreparationandpropertiesofTiAlSiNcoatingsoncementedcarbidesbymodulatedpulsepowermagnetronsputtering”,SurfaceandCoatingsTechnology,2016,289:34-41.